Question

【題目】科學(xué)家研究出一種以天然氣為燃料的“燃燒前捕獲系統(tǒng)”,其簡(jiǎn)單流程如圖所示部分(條件及物質(zhì)未標(biāo)出).

（1）工業(yè)上可用H2和CO2制備甲醇,其反應(yīng)為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),某溫度下,將1mol CO2和3mol H2充入體積不變的2L密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得不同時(shí)刻反應(yīng)前后的壓強(qiáng)關(guān)系如表：

時(shí)間/h	1	2	3	4	5	6
p后/p前	0. 90	0. 85	0. 83	0. 81	0. 80	0. 80

①用H2表示前2h平均反應(yīng)速率v(H2)=___.

②該溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為___.

（2）在300℃、8MPa下，將二氧化碳和氫氣按物質(zhì)的量之比為1:3通入一恒壓密閉容器中發(fā)生(1)中反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)條件下的平衡常數(shù)Kp=______________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)).

（3）—定溫度和壓強(qiáng)下，在2 L的恒容密閉容器中合成氨氣:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92. 4 kJ mol-1。在反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。

①在10～20 min內(nèi)，NH3濃度變化的原因可能是_______。

A. 加入催化劑 B. 縮小容器體積 C. 降低溫度 D. 增加NH3的物質(zhì)的量

② 20 min達(dá)到第一次平衡，在反應(yīng)進(jìn)行至25 min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因是____________，35min達(dá)到第二次平衡，則平衡的平衡常數(shù)K1______K2（填“>”“<”或“ = ”）

Answer 1

【答案】0. 225mol/（Lh） 40% AB 移走 0. 1 molNH3 =

【解析】

（1）①建立三段式，先依據(jù)=計(jì)算各物質(zhì)的變化量，再計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；

②建立三段式，先依據(jù)=計(jì)算各物質(zhì)的變化量，再計(jì)算二氧化碳轉(zhuǎn)化率；

（2）建立三段式，先依據(jù)=計(jì)算各物質(zhì)的變化量，再計(jì)算各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，最后計(jì)算平衡分壓常數(shù)；

（3）①由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時(shí)變化是連續(xù)的，說(shuō)明10min時(shí)改變條件，使正、逆反應(yīng)速率均增大；

②由圖象可知，第25分鐘，NH3的物質(zhì)的量減少0. 1 mol；平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變此時(shí)平衡常數(shù)K將不變。

（1）①設(shè)2h時(shí)CO2的消耗量為x，依題意建立如下三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),

起（mol） 1 3 0 0

變（mol） x 3x x x

平（mol） 1—x 3—3x x x

由=可得，=，x=0.3mol，則前2h平均反應(yīng)速率v(H2)= 0. 225mol/（Lh），故答案為：0. 225mol/（Lh）；

②由題給表格數(shù)據(jù)可知5h時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，該溫度下CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為a，依題意建立如下三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),

起（mol） 1 3 0 0

變（mol） a 3a a a

平（mol） 1—a 3—3a a a

由=可得，=，x=0.4mol，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為×100%=40%，故答案為：40%；

（2）設(shè)起始二氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量分別為1mol和3mol，依題意建立如下三段式：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),

起（mol） 1 3 0 0

變（mol） 0.5 1.5 0.5 0.5

平（mol） 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡時(shí)二氧化碳、甲醇和水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，平衡分壓為×8MPa，氫氣的的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，平衡分壓為×8MPa，則Kp==，故答案為：；

（3）①由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時(shí)變化是連續(xù)的，說(shuō)明10min時(shí)改變條件，使正、逆反應(yīng)速率均增大。

A、使用催化劑，正、逆反應(yīng)速率增大，故正確；

B、縮小容器體積，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，正、逆反應(yīng)速率均增大，故正確；

C、降低溫度，反應(yīng)速率減小，故錯(cuò)誤；

D、增加NH3物質(zhì)的量，10min時(shí)NH3物質(zhì)的量應(yīng)偏離變化點(diǎn)，故錯(cuò)誤；

AB正確，故答案為：AB；

②由圖象可知，第25分鐘，NH3的物質(zhì)的量減少0. 1 mol，而H2、N2的物質(zhì)的量不變，說(shuō)明應(yīng)是分離出0. 1 mol NH3；當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到時(shí)35-40min，各物質(zhì)的量不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到第二次平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故答案為：移走0.1molNH3；=。