Question

【題目】天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷。

I.(1)已知：一定條件下可被甲烷還原“納米級”的金屬鐵。其反應為：

①此反應的化學平衡常數(shù)表達式為______

②在容積均為VL的I、II、III三個相同密閉容器中加入足量，然后分別充入amol，三個容器的反應溫度分別為、、且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實驗測得反應均進行到tmin時的體積分數(shù)如圖1所示，此時I、II、III三個容器中一定處于化學平衡狀態(tài)的是______；上述反應的______填“大于”或“小于”，該反應在______填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”下可自發(fā)進行。

利用天然氣為原料的一種工業(yè)合成氨簡式流程圖如圖2：

(1)步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：Ⅰ；

Ⅱ；

①對于反應Ⅰ，在一定溫度下的恒容容器中，表示其已達到最大化學反應限度的敘述正確的是______。

A.單位時間內1mol消耗，同時有3mol生成；

B.、、CO的物質的量濃度相等；

C.混合氣體的密度再改變；

D.混合氣體的壓強不再改變。

②則反應；______用含、的代數(shù)式表示。

(2)合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，反應原理為：在容積為10L的密閉容器中進行，起始時充入、反應在不同條件下進行，反應體系總壓強隨時間的變化如圖3所示。

①實驗a從開始至平衡時的反應速率______；實驗c中的平衡轉化率為______。

②與實驗a相比，其他兩組改變的實驗條件是：b______，c______。

③M點的逆反應速率______N點的正反應速率填“”、“”或“”；N點時再加入一定量，平衡后的體積分數(shù)______填“增大”、“減小”或“不變”。

Answer 1

【答案】 Ⅲ 大于 高溫 D 使用催化劑 增大壓強 增大

【解析】

Ⅰ固相和氣相均存在的反應，固相的濃度項不列入化學平衡常數(shù)表達式；根據(jù)圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，百分含量隨溫度的變化解答；根據(jù)溫度對平衡的影響來判斷，升高溫度平衡正向移動，的含量增大，據(jù)此判斷大小，再由焓變和熵變判斷反應自發(fā)進行的條件；

Ⅱ在一定條件下，反應I達到最大反應限度時，說明反應達到化學平衡，各組分濃度不再改變，體系壓強不再改變，正逆反應速率相等，據(jù)此逐項分析；根據(jù)反應Ⅰ和反應Ⅱ推導所求反應，由多重平衡規(guī)則計算該反應的化學平衡常數(shù)；

根據(jù)計算的消耗速率，根據(jù)轉化率計算的平衡轉化率；與實驗a相比，實驗b和實驗a的平衡狀態(tài)一致，實驗b比實驗a提前到達化學平衡，實驗c的壓強大于實驗a的壓強；實驗c的壓強大于實驗a的壓強，增大壓強有利于增大化學反應速率，N點達到化學平衡狀態(tài)，再加入一定量，促使化學平衡正向移動。

Ⅰ(1) ①固相和氣相均存在的反應，固相的濃度項不列入化學平衡常數(shù)表達式，該反應的化學平衡常數(shù)表達式為：；

故答案為：；

在容積均為VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個相同密閉容器中加入足量“納米級”的金屬鐵，然后分別充入，，根據(jù)圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，溫度逐漸升高，三個容器中的百分含量沒有呈整體上升的趨勢，則其中肯定有一個達到了平衡，溫度升高，反應速率加快，可知先達到平衡的是容器III前兩個容器沒有達到平衡，且隨溫度升高，百分含量下降，可知升高溫度平衡正向進行，反應的大于0，反應氣體分子數(shù)增多，熵增，即，反應放熱，，所以反應在高溫下自發(fā)；

故答案為：Ⅲ；大于；高溫；

Ⅱ(1) ①單位時間內1mol消耗，必然同時有3mol生成，說明反應正向進行，并不能說明反應已經達到化學平衡，故A錯誤；、、CO的物質的量濃度關系取決于反應物的充入量以及反應進行的程度，并不能通過三者物質的量濃度相等說明反應達到化學平衡，故B錯誤；混合氣體的密度為，反應前后質量守恒，m不變，反應在恒容容器中進行，V不變，則整個過程混合氣體密度不變，無法判斷化學反應是否達到化學平衡，故C錯誤；反應前后氣體分子數(shù)改變，體系壓強發(fā)生變化，可以通過壓強判斷化學反應是否達到平衡，故D正確；

故答案為：D；

所求反應可由ⅠⅡ得到，根據(jù)多重平衡規(guī)則，所求反應的化學平衡常數(shù)為；

故答案為：；

實驗a中，起始時體系壓強為320kPa，平衡時體系壓強為240kPa，

起始 0

轉化 x3x 2x

平衡 2x

則有，可得，

所以實驗a從開始至平衡時的反應速率，

實驗中的平衡轉化率為；

故答案為：；；

與實驗a相比，實驗b和實驗a的平衡狀態(tài)一致，實驗b比實驗a提前到達化學平衡，由此可判斷實驗b改變的條件是使用催化劑，

實驗c的壓強大于實驗a的壓強，由此可判斷實驗c改變的條件是增大壓強；

故答案為：使用催化劑；增大壓強；

實驗c的壓強大于實驗a的壓強，增大壓強有利于增大化學反應速率，所以M點的逆反應速率點的正反應速率；N點達到化學平衡狀態(tài)，再加入一定量，促使化學平衡正向移動，則平衡后的體積分數(shù)增大；

故答案為：；增大。