Question

【题目】Ⅰ、对N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0反应，其他条件不变情况下，改变起始氢气物质的量（用n(H2)表示），实验结果如下如图表示（图中T表示温度，n表示物质的量）；

（1）比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是______．

（2）若容器容积为1L，n=5mol，T2条件下反应达到平衡时H2的转化率为60%，则且H2与N2物质的量之比为1:1，则在起始时体系中加入N2的物质的量为______mol，反应的平衡常数K=______．

Ⅱ、煤制天然气的工艺流程如图所示：

（3）反应Ⅰ：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+135kJ/mol，

①通入的氧气会与部分碳发生燃烧反应。请利用能量转化及配合移动原理说明通入氧气的作用：_______。

②若反应Ⅰ在体积不变的密闭容器中进行，下列能说明反应Ⅰ达到平衡状态的是________。

a.压强不变 b.气体密度不变 c.气体平均摩尔质量不变 d.氢气浓度不变

（4）反应Ⅱ：C0(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ/mol。如图3表示不同温度条件下，煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比（水蒸气与CO物质的量之比）与CO平衡转化率的变化关系。

①判断T1、T2和T3的大小关系：________。（从小到大的顺序）

②若煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，经煤气化反应Ⅰ和水气变换反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1:3，则反应Ⅱ应选择的温度是_________（填“T1”或“T2”或“T3”）。

（5）实验室模拟甲烷化反应：一定条件下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1.2molCH4(g)和4.8molCO2(g)，发生反应CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0，实验测得，反应吸收的能量和甲烷的体积分数随时间变化的曲线图像如图。计算该条件下，20s内v(CH4)=______,此反应的ΔH =_____。

Answer 1

【答案】 c 3mol K＝0.25 氧气与碳发生燃烧反应放热，放出的热被可逆反应C(s) + H2O(g)CO(g)+H2(g)吸收利用，促进反应正向移动 abcd T1 < T2 < T3 T3 0.009mol（Ls）-1 +330 kJ/mol

【解析】本题考查化学平衡相关知识，包括转化率、平衡标志、平衡移动、速率计算、焓变的计算等。

Ⅰ、（1）起始时氢气的物质的量越多，则越有利于提高氮气的转化率，这说明反应物N2的转化率最高的应该是c点；（2）H2的转化率均为60%，则消耗氢气是3.0mol、剩余2mol，所以根据方程式可知，消耗氮气是1mol、生成的氨气2mol。又因为H2与N2物质的量之比为1:1，所以在起始时体系中加入N2为3mol，剩余氮气为2mol，K==0.25；

Ⅱ、（3）①反应I：C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) ΔH = +135 kJ·mol-1，是吸热反应，而碳与氧气反应放出热量，使反应C(s) + H2O(g) CO(g)+H2(g)，促进正反应方向移动，提高碳的利用率；

②若反应Ⅰ在体积不变的密闭容器中进行，反应前后气体物质的量改变，故压强不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，a项正确；体积不变，正反应气体质量增加，气体密度不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，b项正确；该反应向正反应方向进行，气体平均摩尔质量减小，故气体平均摩尔质量不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，c项正确；氢气浓度不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，d项正确；

（4）①“水气转换”反应是放热的，在相同的“汽气比”前提下，温度越高CO的转化率越低，固有：T1<T2< T3；②反应I的汽气比为0.8，可设水为1mol，则CO为0.8mol,生成的氢气也是0.8mol，设反应II转化的CO为xmol,反应后剩余的CO为（0.8-x）mol,氢气共（0.8+x）mol,即（0.8-x）/（0.8+x）=1/3，x=0.4mol,所以，反应II中CO的转化率为50%，对照图中数据，此时的温度应是T3；

（5） CH4(g) + 3CO2(g) 2H2O(g) + 4CO(g) ΔH>0

n(起始/mol) 1.2 4.8 0 0

n (变化/mol) x 3x 2x 4x

n (平衡/mol) 1.2-x 4.8-3x 2x 4x

反应达到平衡后甲烷的体积分数为,则有，x=0.36mol， ；CH4反应0.36mol吸收热量为118.8kJ，1mol甲烷完全反应所吸收的热量为330 kJ/mol，故此反应的ΔH=+330 kJ/mol。