Question

【题目】运用化学反应原理研究碳、氮等元素的单质及其化合物的反应有重要意义。

（1）如图表示金刚石、石墨在相关反应过程中的能量变化关系。写出石墨转化为金刚石的热化学方程式：____________________。

（2）CO与H2可在一定条件下反应生成燃料甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＜0。将2 mol CO和4 mol H2置于一体积不变的1 L密闭容器中，测定不同条件、不同时间段内CO的转化率，得到下表数据。

则温度为T1时该反应的平衡常数为____________。a1、a2、80%三者的大小关系为______________。根据温度为T1时的数据作出的下列判断中正确的是__________。

A．反应在2小时的时候混合气体的密度和相对分子质量均比1小时的大

B．反应在3小时的时候，v正(H2)=2v逆(CH3OH)

C．若其他条件不变，再充入6 mol H2，则最多可得到64 g CH3OH

D．其他条件不变，若最初加入的H2为2.4 mol，则达平衡时CO的转化率为50%

（3）工业中常用以下反应合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0。在三个不同条件的密闭容器中加入N2和H2进行反应，起始时c(N2)均为0.10 mol/L，c(H2)均为0.30 mol/L，N2的浓度随时间的变化如图①、②、③曲线所示。计算③中产物NH3在0～10 min的平均反应速率：_______；②相对于①条件不同，②的条件是______，理由是___________________。

Answer 1

【答案】C(石墨，s)＝C(金刚石，s) ΔH=+1.9kJ/mol 6.25 L2/mol2 a1=a2＜80% BD 0.0040mol/(L·min) 加入催化剂 装置②达到平衡的时间缩短，且②中达到平衡时N2的浓度与①相同

【解析】

(1)依据物质能量越高，越活泼分析判断，依据图象能量变化写出石墨转化为金刚石的热化学方程式；

(2)化学平衡常数，是指在一定温度下，可逆反应达到平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，据此书写；根据平衡状态的特点以及外界条件对平衡状态的影响进行解答；

(3)根据化学反应速率的计算公式进行解答；②到达平衡的时间比①短，到达平衡时N2的浓度与①相同，化学平衡不移动。

(1)根据图象分析金刚石能量高于石墨，能量越低越稳定，所以说明石墨稳定，根据图象石墨转化为金刚石需要吸收热量=395.4kJ-393.5kJ=1.9kJ；所以反应的热化学方程式为C(石墨，s)＝C(金刚石，s)△H=+1.9 kJmol-1；

(2)2molCO和4molH2置于一体积不变的1L密闭容器中，温度为T1时CO的转化率为80%，转化1.6mol/L；

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

开始（mol/L） 2 4 0

转化（mol/L） 1.6 3.2 1.6

平衡（mol/L） 0.4 0.8 1.6

则化学平衡常数K==6.25L2/mol2；

根据T1和T2同时间段内CO的转化率可知T2反应温度高，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，正反应为放热反应，所以T2相当于T1达到平衡时加热，平衡向逆反应方向移动，达平衡时，CO的转化率较T1时低，a1=a2、表示已达平衡，所以a1＝a2＜80%；

A．该反应体积固定，1L密闭容器，反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应物和产物都是气体，所以在2小时的时候混合气体的密度和l小时的一样大，由于正反应是物质的量减少的反应，所以反应在2小时的时候混合气体的相对分子质量均比l小时的大，故A错误；

B．反应在3小时的时候，CO的转化率为80%，已达平衡，v正(H2)说明反应正向进行，v逆(CH30H)说明反应逆向进行，v正(H2)=2v逆(CH30H)，表示该反应达平衡，故B正确；

C．该反应为可逆反应，若其他条件不变，再充入6molH2，2molCO无法全部转化，所以得到CH3OH小于64g，故C错误；

D．其他条件不变，若最初加入的H2为2.4mol，根据温度不变，平衡常数不变，设达平衡时CO的转化率为X，则

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

开始（mol/L） 2 2.4 0

转化（mol/L） 2X 4X 2X

平衡（mol/L） 2-2X 2.4-4X 2X

=6.25L2/mol2，X=0.5，故D正确；

故答案为BD；

(3)由图2可知，反应③中N2在0～10min的浓度变化为0.1mol/L-0.08mol/L=0.02mol/L，10min时达到平衡，根据N2+3H22NH3可知：氨气的浓度变化为：0.04mol/L；则用NH3表示的化学反应速率为V===0.0040molL-1min-1；②到达平衡的时间比①短，到达平衡时N2的浓度与①相同，化学平衡不移动，因为加入催化剂能缩短达到平衡的时间，但化学平衡不移动，故②与①相比加了催化剂。