Question

【題目】運用化學反應原理研究碳、氮等元素的單質及其化合物的反應有重要意義。

（1）如圖表示金剛石、石墨在相關反應過程中的能量變化關系。寫出石墨轉化為金剛石的熱化學方程式：____________________。

（2）CO與H2可在一定條件下反應生成燃料甲醇：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CO的轉化率，得到下表數據。

則溫度為T1時該反應的平衡常數為____________。a1、a2、80%三者的大小關系為______________。根據溫度為T1時的數據作出的下列判斷中正確的是__________。

A．反應在2小時的時候混合氣體的密度和相對分子質量均比1小時的大

B．反應在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，則達平衡時CO的轉化率為50%

（3）工業中常用以下反應合成氨：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進行反應，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。計算③中產物NH3在0～10 min的平均反應速率：_______；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達到平衡的時間縮短，且②中達到平衡時N2的濃度與①相同

【解析】

(1)依據物質能量越高，越活潑分析判斷，依據圖象能量變化寫出石墨轉化為金剛石的熱化學方程式；

(2)化學平衡常數，是指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫；根據平衡狀態的特點以及外界條件對平衡狀態的影響進行解答；

(3)根據化學反應速率的計算公式進行解答；②到達平衡的時間比①短，到達平衡時N2的濃度與①相同，化學平衡不移動。

(1)根據圖象分析金剛石能量高于石墨，能量越低越穩定，所以說明石墨穩定，根據圖象石墨轉化為金剛石需要吸收熱量=395.4kJ-393.5kJ=1.9kJ；所以反應的熱化學方程式為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的轉化率為80%，轉化1.6mol/L；

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

開始（mol/L） 2 4 0

轉化（mol/L） 1.6 3.2 1.6

平衡（mol/L） 0.4 0.8 1.6

則化學平衡常數K==6.25L2/mol2；

根據T1和T2同時間段內CO的轉化率可知T2反應溫度高，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，正反應為放熱反應，所以T2相當于T1達到平衡時加熱，平衡向逆反應方向移動，達平衡時，CO的轉化率較T1時低，a1=a2、表示已達平衡，所以a1＝a2＜80%；

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

B．反應在3小時的時候，CO的轉化率為80%，已達平衡，v正(H2)說明反應正向進行，v逆(CH30H)說明反應逆向進行，v正(H2)=2v逆(CH30H)，表示該反應達平衡，故B正確；

C．該反應為可逆反應，若其他條件不變，再充入6molH2，2molCO無法全部轉化，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，根據溫度不變，平衡常數不變，設達平衡時CO的轉化率為X，則

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

開始（mol/L） 2 2.4 0

轉化（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③中N2在0～10min的濃度變化為0.1mol/L-0.08mol/L=0.02mol/L，10min時達到平衡，根據N2+3H22NH3可知：氨氣的濃度變化為：0.04mol/L；則用NH3表示的化學反應速率為V===0.0040molL-1min-1；②到達平衡的時間比①短，到達平衡時N2的濃度與①相同，化學平衡不移動，因為加入催化劑能縮短達到平衡的時間，但化學平衡不移動，故②與①相比加了催化劑。