Question

【题目】（一）镍具有优良的物理和化学特性，是许多领域尤其是高技术产业的重要原料。羰基法提纯粗镍涉及的两步反应依次为

①Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0

②Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g) ΔH>0

完成下列填空：

（1）在温度不变的情况下，要提高反应①中Ni(CO)4的产率，可采取的措施有____、____。

（2）已知在一定条件下2L密闭容器中制备Ni(CO)4，粗镍(纯度98.5%，所含杂质不与CO反应)剩余质量和反应时间的关系如图所示。Ni(CO)4在0～10min的平均反应速率为_____。

（3）若反应②达到平衡后，保持其他条件不变，降低温度，重新达到平衡时___。

a．平衡常数K增大 b．CO的浓度减小

c．Ni的质量减小 d．υ逆[Ni(CO)4]增大

（二）已知NO2和N2O4可以相互转化：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－57kJ·mol－1，一定温度下，将1molN2O4充入一恒压密闭容器中。

（1）下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是___。

（2）若在相同温度下，上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行，平衡常数____(填“增大”“不变”或“减小”)，反应3s后NO2的物质的量为0.6mol，则0～3s内的平均反应速率υ(N2O4)＝___mol·L－1·s－1。

（3）达到平衡后，若向该恒压容器中再充入0.5molHe，则平衡将__(填“向左移动”“向右移动”或“不移动”)。

（4）该反应在温度分别为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是___(填字母序号)。

a.A、C两点气体的颜色：A深，C浅

b.A、C两点NO2的转化率：A＜C

c.B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C

d.由状态B到状态A，可以用加热的方法

（三）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：

（1）正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：

已知：

①C4H10(g) C4H8(g)＋H2(g) ΔH1

②C4H10(g)＋O2(g)=C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119kJ·mol－1

③H2(g)＋O2(g)=H2O(g) ΔH3＝－242kJ·mol－1

反应①的ΔH1为____kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x___0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是___(填标号)。

A.升高温度 B.降低温度

C.增大压强 D.降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是__。

Answer 1

【答案】增大CO浓度 加压 0.05 mol·L－1·min－1 bc ad 不变 0.1 向左移动 bd +123 小于 AD 氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大

【解析】

（一）

（1）反应Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0是放热反应，正反应气体体积减小，依据平衡移动原理分析；

（2）粗镍的纯度98.5%，1~10min内粗镍质量减少100g-41g═59g；由于杂质与CO不反应，依据化学方程式计算Ni（CO）4物质的量得到变化浓度，根据化学反应速率概念计算得到；

（3）反应②为吸热反应，因此反应②达到平衡后，降温，平衡逆向进行，反应平衡常数K变小、CO的浓度与Ni的质量均减小、因温度降低，υ逆[Ni（CO）4]减小；

（二）

（1）根据反应的特点和化学平衡的标志分析作答；

（2）平衡常数是温度的函数，只受温度影响，故平衡常数不变；先利用公式计算υ（NO2），再用化学反应速率之比等于化学计量数之比；

（3）恒温恒压时充入稀有气体，容器容积增大，各反应成分浓度降低，反应速率减小，平衡向气体体积增大的方向移动。

（4）a.相同温度下，增大压强达到新的平衡，体系中各种物质的浓度均增大，体系颜色变深，即A浅，C深，a错误；b.增大压强，平衡右移，二氧化氮的转化率增大，b正确；c. 根据图像，B、C两点所处平衡状态中各组分的体积分数分别相等，即它们的平均相对分子质量相等，c错误；d. 该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NO2体积分数增大，则T1<T2，可以通过加热的方法由状态B移动到状态A，d正确；

（三）

（1）根据盖斯定律，②式-③式可得①式的△H1；由（a）图定温度，压强由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，结合反应前后气体体积的变化分析x；要使丁烯的平衡产率增大，需通过改变温度和压强使平衡正向移动；

（2）丁烷分解产生丁烯和氢气，增加氢气的量，①的逆反应速率增大，丁烯的产率下降。

（一）

（1）反应①是气体体积减少的放热反应，因此在温度不变的情况下，采取增大体系压强、增大CO浓度等措施均可使反应正向进行，提高Ni（CO）4的产率；故答案为：增大CO浓度；加压；

（2）1~10min内粗镍质量减少100g-41g═59g；由于杂质与CO不反应，则反应的镍的物质的量为59g÷59g/mol=1mol，在0～10min内生成Ni（CO）4的物质的量为1mol，故在0～10min，υ[Ni（CO）4]= =0.05 mol·L－1·min－1；故答案为：0.05 mol·L－1·min－1；

（3）反应②为吸热反应，因此反应②达到平衡后，降温，平衡逆向移动；

a. 温度降低平衡向放热反应方向进行，反应②是吸热反应，平衡逆向移动，平衡常数减小，a错误；

b. 温度降低平衡向放热反应方向进行，反应②是吸热反应，平衡逆向移动，一氧化碳浓度减小，b正确；

c. 依据反应分析，温度降低反应②逆向移动，镍质量减小，c正确；

d.温度降低，υ逆[Ni（CO）4]减小，d错误；

故答案为：bc；

（二）

（1）a.正反应是气体分子数减小的反应，在温度和压强恒定的条件下，建立平衡过程中容器体积变大，气体质量不变，则气体密度变小，达到了平衡状态时混合气的密度不变，故a正确；

b.反应热ΔH只与反应方程式有关，是一个不变量，H不变不能说明反应达到平衡状态，故b错误；

c.图示NO2和N2O4表示的都是正反应速率，两者表示的正反应速率之比始终等于2:1，不能判断反应是否达到平衡状态，故c错误；

d.开始N2O4的转化率在增大，后来转化率不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故d正确；

正确答案是ad；

（2）平衡常数是温度的函数，只受温度影响，由于温度不变，故平衡常数不变。由题意可知，υ(NO2)=0.6mol÷1L÷3s=0.2molL-1s-1，化学反应速率之比等于化学计量数之比，故υ(N2O4)=0.1molL-1s-1；

（3）恒压容器中再充入He，体积增大，相当于减压，平衡向左移动；

（4）a. 相同温度下，增大压强虽然平衡正向移动，但体系中各种物质的浓度均增大，体系颜色变深，即A浅，C深，a错误；

b.增大压强，平衡右移，二氧化氮的转化率增大，转化率A<C，b正确；

c. 根据图像，B、C两点所处平衡状态中各组分的体积分数分别相等，即它们的平均相对分子质量相等，c错误；

d. 该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NO2体积分数增大，则T1<T2，可以通过加热的方法由状态B移动到状态A，d正确；

故选bd。

（三）

（1）②C4H10(g)＋O2(g)=C4H8(g)＋H22＝－119kJ·mol－1；③H2(g)＋O2(g)=H2O(g) ΔH3＝－242kJ·mol－1，②③得①式C4H10(g)=C4H8(g)＋H2(g) ΔH1= +123kJmol1；由（a）图可知温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷转化率增大，即平衡正向移动，该反应是气体体积增大的反应，所以x的压强更小，x<0.1；由于反应①为吸热反应，温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，反应①的正向体积增大，减压时平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此AD正确，故答案为：+123；小于；AD；

（2）丁烷分解产生丁烯和氢气，开始氢气量较少时，氢气的作用是活化催化剂，氢气是反应①的产物之一，增大氢气的量，逆反应速率增大，丁烯的产率降低，故答案为：氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大。