Question

【題目】（一）鎳具有優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，是許多領(lǐng)域尤其是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要原料。羰基法提純粗鎳涉及的兩步反應(yīng)依次為

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）在溫度不變的情況下，要提高反應(yīng)①中Ni(CO)4的產(chǎn)率，可采取的措施有____、____。

（2）已知在一定條件下2L密閉容器中制備Ni(CO)4，粗鎳(純度98.5%，所含雜質(zhì)不與CO反應(yīng))剩余質(zhì)量和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示。Ni(CO)4在0～10min的平均反應(yīng)速率為_____。

（3）若反應(yīng)②達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，降低溫度，重新達(dá)到平衡時(shí)___。

a．平衡常數(shù)K增大 b．CO的濃度減小

c．Ni的質(zhì)量減小 d．υ逆[Ni(CO)4]增大

（二）已知NO2和N2O4可以相互轉(zhuǎn)化：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－57kJ·mol－1，一定溫度下，將1molN2O4充入一恒壓密閉容器中。

（1）下列示意圖正確且能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。

（2）若在相同溫度下，上述反應(yīng)改在體積為1L的恒容密閉容器中進(jìn)行，平衡常數(shù)____(填“增大”“不變”或“減小”)，反應(yīng)3s后NO2的物質(zhì)的量為0.6mol，則0～3s內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ(N2O4)＝___mol·L－1·s－1。

（3）達(dá)到平衡后，若向該恒壓容器中再充入0.5molHe，則平衡將__(填“向左移動(dòng)”“向右移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)。

（4）該反應(yīng)在溫度分別為T1、T2時(shí)，平衡體系中NO2的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示。下列說法正確的是___(填字母序號(hào))。

a.A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺

b.A、C兩點(diǎn)NO2的轉(zhuǎn)化率：A＜C

c.B、C兩點(diǎn)的氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：B＜C

d.由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法

（三）丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備。回答下列問題：

（1）正丁烷(C4H10)脫氫制1丁烯(C4H8)的熱化學(xué)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

反應(yīng)①的ΔH1為____kJ·mol－1。圖(a)是反應(yīng)①平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系圖，x___0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應(yīng)采取的措施是___(填標(biāo)號(hào))。

A.升高溫度 B.降低溫度

C.增大壓強(qiáng) D.降低壓強(qiáng)

（2）丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進(jìn)料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，其降低的原因是__。

Answer 1

【答案】增大CO濃度 加壓 0.05 mol·L－1·min－1 bc ad 不變 0.1 向左移動(dòng) bd +123 小于 AD 氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應(yīng)速率增大

【解析】

（一）

（1）反應(yīng)Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) ΔH<0是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)氣體體積減小，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析；

（2）粗鎳的純度98.5%，1~10min內(nèi)粗鎳質(zhì)量減少100g-41g═59g；由于雜質(zhì)與CO不反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算Ni（CO）4物質(zhì)的量得到變化濃度，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；

（3）反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，因此反應(yīng)②達(dá)到平衡后，降溫，平衡逆向進(jìn)行，反應(yīng)平衡常數(shù)K變小、CO的濃度與Ni的質(zhì)量均減小、因溫度降低，υ逆[Ni（CO）4]減��；

（二）

（1）根據(jù)反應(yīng)的特點(diǎn)和化學(xué)平衡的標(biāo)志分析作答；

（2）平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，只受溫度影響，故平衡常數(shù)不變；先利用公式計(jì)算υ（NO2），再用化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比；

（3）恒溫恒壓時(shí)充入稀有氣體，容器容積增大，各反應(yīng)成分濃度降低，反應(yīng)速率減小，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)。

（4）a.相同溫度下，增大壓強(qiáng)達(dá)到新的平衡，體系中各種物質(zhì)的濃度均增大，體系顏色變深，即A淺，C深，a錯(cuò)誤；b.增大壓強(qiáng)，平衡右移，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，b正確；c. 根據(jù)圖像，B、C兩點(diǎn)所處平衡狀態(tài)中各組分的體積分?jǐn)?shù)分別相等，即它們的平均相對(duì)分子質(zhì)量相等，c錯(cuò)誤；d. 該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，NO2體積分?jǐn)?shù)增大，則T1<T2，可以通過加熱的方法由狀態(tài)B移動(dòng)到狀態(tài)A，d正確；

（三）

（1）根據(jù)蓋斯定律，②式-③式可得①式的△H1；由（a）圖定溫度，壓強(qiáng)由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動(dòng)，結(jié)合反應(yīng)前后氣體體積的變化分析x；要使丁烯的平衡產(chǎn)率增大，需通過改變溫度和壓強(qiáng)使平衡正向移動(dòng)；

（2）丁烷分解產(chǎn)生丁烯和氫氣，增加氫氣的量，①的逆反應(yīng)速率增大，丁烯的產(chǎn)率下降。

（一）

（1）反應(yīng)①是氣體體積減少的放熱反應(yīng)，因此在溫度不變的情況下，采取增大體系壓強(qiáng)、增大CO濃度等措施均可使反應(yīng)正向進(jìn)行，提高Ni（CO）4的產(chǎn)率；故答案為：增大CO濃度；加壓；

（2）1~10min內(nèi)粗鎳質(zhì)量減少100g-41g═59g；由于雜質(zhì)與CO不反應(yīng)，則反應(yīng)的鎳的物質(zhì)的量為59g÷59g/mol=1mol，在0～10min內(nèi)生成Ni（CO）4的物質(zhì)的量為1mol，故在0～10min，υ[Ni（CO）4]= =0.05 mol·L－1·min－1；故答案為：0.05 mol·L－1·min－1；

（3）反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，因此反應(yīng)②達(dá)到平衡后，降溫，平衡逆向移動(dòng)；

a. 溫度降低平衡向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，a錯(cuò)誤；

b. 溫度降低平衡向放熱反應(yīng)方向進(jìn)行，反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)，平衡逆向移動(dòng)，一氧化碳濃度減小，b正確；

c. 依據(jù)反應(yīng)分析，溫度降低反應(yīng)②逆向移動(dòng)，鎳質(zhì)量減小，c正確；

d.溫度降低，υ逆[Ni（CO）4]減小，d錯(cuò)誤；

故答案為：bc；

（二）

（1）a.正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，在溫度和壓強(qiáng)恒定的條件下，建立平衡過程中容器體積變大，氣體質(zhì)量不變，則氣體密度變小，達(dá)到了平衡狀態(tài)時(shí)混合氣的密度不變，故a正確；

b.反應(yīng)熱ΔH只與反應(yīng)方程式有關(guān)，是一個(gè)不變量，H不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；

c.圖示NO2和N2O4表示的都是正反應(yīng)速率，兩者表示的正反應(yīng)速率之比始終等于2:1，不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；

d.開始N2O4的轉(zhuǎn)化率在增大，后來轉(zhuǎn)化率不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；

正確答案是ad；

（2）平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，只受溫度影響，由于溫度不變，故平衡常數(shù)不變。由題意可知，υ(NO2)=0.6mol÷1L÷3s=0.2molL-1s-1，化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故υ(N2O4)=0.1molL-1s-1；

（3）恒壓容器中再充入He，體積增大，相當(dāng)于減壓，平衡向左移動(dòng)；

（4）a. 相同溫度下，增大壓強(qiáng)雖然平衡正向移動(dòng)，但體系中各種物質(zhì)的濃度均增大，體系顏色變深，即A淺，C深，a錯(cuò)誤；

b.增大壓強(qiáng)，平衡右移，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率增大，轉(zhuǎn)化率A<C，b正確；

c. 根據(jù)圖像，B、C兩點(diǎn)所處平衡狀態(tài)中各組分的體積分?jǐn)?shù)分別相等，即它們的平均相對(duì)分子質(zhì)量相等，c錯(cuò)誤；

d. 該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，NO2體積分?jǐn)?shù)增大，則T1<T2，可以通過加熱的方法由狀態(tài)B移動(dòng)到狀態(tài)A，d正確；

故選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）圖可知溫度相同時(shí)，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，所以x的壓強(qiáng)更小，x<0.1；由于反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，溫度升高時(shí)，平衡正向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，反應(yīng)①的正向體積增大，減壓時(shí)平衡正向移動(dòng)，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此AD正確，故答案為：+123；小于；AD；

（2）丁烷分解產(chǎn)生丁烯和氫氣，開始?xì)錃饬枯^少時(shí)，氫氣的作用是活化催化劑，氫氣是反應(yīng)①的產(chǎn)物之一，增大氫氣的量，逆反應(yīng)速率增大，丁烯的產(chǎn)率降低，故答案為：氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應(yīng)速率增大。