Question

【題目】（1）氫氣是一種未來十分理想的能源。

鑭鎳合金是一種良好的儲(chǔ)氫材料，在一定條件下通過如下反應(yīng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫：

LaNi3（s）+3H2（g） LaNi3H6（s） H<0。 某實(shí)驗(yàn)室模擬該過程，向體積一定的密閉容器中充入反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)。H2的平衡轉(zhuǎn)化率與其初始加入量（n）、反應(yīng)溫度（T）的關(guān)系如下左圖所示；一定溫度（T）下，將a mol的氫氣充入體積是1 L的容器內(nèi)，氣體的壓強(qiáng)（P）隨時(shí)間（t）的變化關(guān)系如下右圖所示：

①n1、n2、n3的大小關(guān)系是_______。

②溫度T1下反應(yīng)的平衡常數(shù)是__________（用含a的代數(shù)式表示）。

③保持溫度不變，在t6時(shí)刻將容積壓縮至原容積的一半，容器內(nèi)的壓強(qiáng)_________6kPa（填寫“大于”或“小于”）。

（2）貯氫合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4等有機(jī)化工產(chǎn)品的反應(yīng)。溫度為TK時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)①

②

③

_______。

（3）TK時(shí)，向一恒壓密閉容器中充入等物質(zhì)的量的CO（g）和H2O（g）發(fā)生上述反應(yīng)②（已排除其他反應(yīng)干擾），測得CO（g）物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化如下表所示：

若初始投入CO為2 mol，恒壓容器容積10 L，用H2O（g）表示該反應(yīng)0-5分鐘內(nèi)的速率v[H2O(g)]=______。6分鐘時(shí)，僅改變一種條件破壞了平衡，且第9min達(dá)到平衡時(shí)，CO的物質(zhì)的量是0.2mol，則改變的外界條件為_________。

（4）溫度、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)CO（g）十2H2（g）=CH3OH（g） H=-90. 1 kJ·mol-1中CO轉(zhuǎn)化率的影響如圖所示：

①溫度在較低范圍內(nèi)，對(duì)CO轉(zhuǎn)化率影響的主要因素是____________ （填“溫度”或“壓強(qiáng)”）。

②由圖像可知，溫度越低，壓強(qiáng)越大，CO轉(zhuǎn)化率越高。但實(shí)際生產(chǎn)往往采用300~400 °C和10 MPa的條件，其原因是________。

Answer 1

【答案】n1＜n2＜n3 小于 -206 kJ·mol-1 0.032mol/L 降低溫度 溫度 溫度太低，反應(yīng)速率太慢，不利于甲醇的合成，壓強(qiáng)太大，設(shè)備要求提高，成本增加

【解析】

(1) LaNi3（s）+3H2（g）LaNi3H6（s） H<0。

①該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，在恒容密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，充入氫氣，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率將增大；

②由圖可知，平衡時(shí)，體系壓強(qiáng)由9kPa變?yōu)?/span>3kPa，氫氣的物質(zhì)的量變?yōu)槠鹗贾档娜�分之一�?/span>

③保持溫度不變，容積壓縮至原容積的一半，平衡正向移動(dòng)，氣體分子數(shù)減小，壓強(qiáng)應(yīng)小于起始?jí)簭?qiáng)的2倍；

(2)第三個(gè)反應(yīng)出現(xiàn)CH3OH(g)，但目標(biāo)方程式未出現(xiàn)CH3OH(g)，可得出第三個(gè)方程式用不到，根據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)，②-①可以得到，用蓋斯定律計(jì)算即可；

(3)是一個(gè)氣體體積不變的反應(yīng)，故氣體總物質(zhì)的量=2mol+2mol=4mol，0-5分鐘，CO含量減小了0.4，即減小了4×0.4mol=1.6mol，結(jié)合體積可計(jì)算濃度變化量，進(jìn)而計(jì)算CO表示的速率，進(jìn)而計(jì)算v[H2O(g)]。6分鐘到9分鐘，CO的含量下降，說明平衡正向移動(dòng)，且6到9分鐘CO含量減少程度比2到5分鐘小，說明6分鐘改變的條件使反應(yīng)速率減小了；

(4)①分析圖發(fā)現(xiàn)，低溫時(shí)，無論壓強(qiáng)多大，CO的轉(zhuǎn)化率都相等；

②實(shí)際化工生產(chǎn)除了需要考慮平衡原理外，還要考慮實(shí)際生產(chǎn)效率、成本投入等。

(1)①恒溫恒容下，增大氫氣的起始量，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，結(jié)合圖像可知：n1＜n2＜n3，故答案為：n1＜n2＜n3；

②該反應(yīng)中只有氫氣一種氣體，則容器壓強(qiáng)與氫氣的物質(zhì)的量成正比，溫度T1時(shí)，起始時(shí)，壓強(qiáng)為9kPa，平衡時(shí)，壓強(qiáng)為3kPa，設(shè)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為n，則，解得：n=，則平衡時(shí)，c(H2)=，所以，K==，故答案為：；

③假設(shè)平衡不移動(dòng)，則t6時(shí)刻將容積壓縮至原容積的一半，壓強(qiáng)應(yīng)變?yōu)?/span>t6時(shí)刻壓強(qiáng)的2倍，即6kPa，但實(shí)際情況是，平衡正向移動(dòng)，氣體分子數(shù)減小，所以，此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)小于6kPa，故答案為：小于；

(2)②-①得：=(-41kJ·mol-1)-(+165kJ·mol-1)=-206 kJ·mol-1，故答案為：-206 kJ·mol-1；

(3)是一個(gè)氣體分子總數(shù)不變的反應(yīng)，故氣體總物質(zhì)的量=2mol+2mol=4mol，0-5分鐘，CO含量減小了0.4，即減小了4×0.4mol=1.6mol，則CO濃度減小了=0.16mol/L，v(CO)==0.032mol/L，由方程式計(jì)量數(shù)可知v[H2O(g)]=v(CO)= 0.032mol/L。由分析可知，6分鐘時(shí)改變的條件使平衡正向移動(dòng)、同時(shí)反應(yīng)速率減小，又從表格可知，6分鐘時(shí)CO含量沒有變化，不可能是移走生成物，綜上所述，6分鐘時(shí)，降低了溫度，故答案為：0.032mol/L；降低溫度；

(4)①由圖可知，低溫時(shí)，無論壓強(qiáng)多大，CO的轉(zhuǎn)化率幾乎相等，則低溫時(shí)，對(duì)CO轉(zhuǎn)化率影響的主要因素是溫度，故答案為：溫度；

②溫度太低，反應(yīng)速率太慢，不利于甲醇的合成，壓強(qiáng)太大，設(shè)備抗壓要求增大，設(shè)備成本增加，故實(shí)際生產(chǎn)往往采用300~400 °C和10 MPa的條件，故答案為：溫度太低，反應(yīng)速率太慢，不利于甲醇的合成，壓強(qiáng)太大，設(shè)備要求提高，成本增加。