Question

【題目】運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮等元素的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)有重要意義。

（1）如圖表示金剛石、石墨在相關(guān)反應(yīng)過程中的能量變化關(guān)系。寫出石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)方程式：____________________。

（2）CO與H2可在一定條件下反應(yīng)生成燃料甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＜0。將2 mol CO和4 mol H2置于一體積不變的1 L密閉容器中，測定不同條件、不同時間段內(nèi)CO的轉(zhuǎn)化率，得到下表數(shù)據(jù)。

則溫度為T1時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為____________。a1、a2、80%三者的大小關(guān)系為______________。根據(jù)溫度為T1時的數(shù)據(jù)作出的下列判斷中正確的是__________。

A．反應(yīng)在2小時的時候混合氣體的密度和相對分子質(zhì)量均比1小時的大

B．反應(yīng)在3小時的時候，v正(H2)=2v逆(CH3OH)

C．若其他條件不變，再充入6 mol H2，則最多可得到64 g CH3OH

D．其他條件不變，若最初加入的H2為2.4 mol，則達(dá)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為50%

（3）工業(yè)中常用以下反應(yīng)合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0。在三個不同條件的密閉容器中加入N2和H2進(jìn)行反應(yīng)，起始時c(N2)均為0.10 mol/L，c(H2)均為0.30 mol/L，N2的濃度隨時間的變化如圖①、②、③曲線所示。計(jì)算③中產(chǎn)物NH3在0～10 min的平均反應(yīng)速率：_______；②相對于①條件不同，②的條件是______，理由是___________________。

Answer 1

【答案】C(石墨，s)＝C(金剛石，s) ΔH=+1.9kJ/mol 6.25 L2/mol2 a1=a2＜80% BD 0.0040mol/(L·min) 加入催化劑 裝置②達(dá)到平衡的時間縮短，且②中達(dá)到平衡時N2的濃度與①相同

【解析】

(1)依據(jù)物質(zhì)能量越高，越活潑分析判斷，依據(jù)圖象能量變化寫出石墨轉(zhuǎn)化為金剛石的熱化學(xué)方程式；

(2)化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)以及外界條件對平衡狀態(tài)的影響進(jìn)行解答；

(3)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式進(jìn)行解答；②到達(dá)平衡的時間比①短，到達(dá)平衡時N2的濃度與①相同，化學(xué)平衡不移動。

(1)根據(jù)圖象分析金剛石能量高于石墨，能量越低越穩(wěn)定，所以說明石墨穩(wěn)定，根據(jù)圖象石墨轉(zhuǎn)化為金剛石需要吸收熱量=395.4kJ-393.5kJ=1.9kJ；所以反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為C(石墨，s)＝C(金剛石，s)△H=+1.9 kJmol-1；

(2)2molCO和4molH2置于一體積不變的1L密閉容器中，溫度為T1時CO的轉(zhuǎn)化率為80%，轉(zhuǎn)化1.6mol/L；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始（mol/L） 2 4 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） 1.6 3.2 1.6

平衡（mol/L） 0.4 0.8 1.6

則化學(xué)平衡常數(shù)K==6.25L2/mol2；

根據(jù)T1和T2同時間段內(nèi)CO的轉(zhuǎn)化率可知T2反應(yīng)溫度高，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以T2相當(dāng)于T1達(dá)到平衡時加熱，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達(dá)平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率較T1時低，a1=a2、表示已達(dá)平衡，所以a1＝a2＜80%；

A．該反應(yīng)體積固定，1L密閉容器，反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體，所以在2小時的時候混合氣體的密度和l小時的一樣大，由于正反應(yīng)是物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，所以反應(yīng)在2小時的時候混合氣體的相對分子質(zhì)量均比l小時的大，故A錯誤；

B．反應(yīng)在3小時的時候，CO的轉(zhuǎn)化率為80%，已達(dá)平衡，v正(H2)說明反應(yīng)正向進(jìn)行，v逆(CH30H)說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，v正(H2)=2v逆(CH30H)，表示該反應(yīng)達(dá)平衡，故B正確；

C．該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，若其他條件不變，再充入6molH2，2molCO無法全部轉(zhuǎn)化，所以得到CH3OH小于64g，故C錯誤；

D．其他條件不變，若最初加入的H2為2.4mol，根據(jù)溫度不變，平衡常數(shù)不變，設(shè)達(dá)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為X，則

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始（mol/L） 2 2.4 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） 2X 4X 2X

平衡（mol/L） 2-2X 2.4-4X 2X

=6.25L2/mol2，X=0.5，故D正確；

故答案為BD；

(3)由圖2可知，反應(yīng)③中N2在0～10min的濃度變化為0.1mol/L-0.08mol/L=0.02mol/L，10min時達(dá)到平衡，根據(jù)N2+3H22NH3可知：氨氣的濃度變化為：0.04mol/L；則用NH3表示的化學(xué)反應(yīng)速率為V===0.0040molL-1min-1；②到達(dá)平衡的時間比①短，到達(dá)平衡時N2的濃度與①相同，化學(xué)平衡不移動，因?yàn)榧尤氪呋瘎┠芸s短達(dá)到平衡的時間，但化學(xué)平衡不移動，故②與①相比加了催化劑。