Question

【題目】貯氫合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4等有機化工產品的反應。溫度為TK時發生以下反應：①

①

②

③

④

（l）溫度為TK時，催化由CO、H2合成CH4反應的熱化學方程式為____。

（2）已知溫度為TK時的活化能為485.2 kJ/mol，則其逆反應的活化能為____kJ/mol。

（3）TK時，向一恒壓密閉容器中充入等物質的量的CO(g)和H2O(g)發生上述反應②（已排除其他反應干擾），測得CO(g)物質的量分數隨時間變化如下表所示：

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0-5分鐘內的速率v（H2O（g））=____。6分鐘時，僅改變一種條件破壞了平衡，則改變的外界條件為____

（4）750K下，在恒容密閉容器中，充入一定量的甲醇，發生反應④，若起始壓強為101 kPa，達到平衡轉化率為50. 0%，則反應的平衡常數Kp= _____用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，忽略其它反應）。

（5）某溫度下，將2 mol CO與5 mol H2的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，在催化劑的作用下發生反應③。經過5 min后，反應達到平衡，此時轉移電子6 mol。若保持體積不變，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此時v（正）____v（逆）（填“>” “<”或“=”）。下列不能說明該反應已達到平衡狀態的是____。

a CH3OH的質量不變 b 混合氣體的平均相對分子質量不再改變

c v逆(CO)=2v正(H2) d 混合氣體密度不再發生改變

（6）已知400 K、500 K時水煤氣變換中CO和H，分壓隨時間變化關系如下圖所示，催化劑為氧化鐵。實驗初始時體系中的pH2O和PCO相等、PCO2和pH2相等；已知700 K時的K=l. 31。

400 K時pH2隨時間變化關系的曲線是 _____500 K時pCO隨時間變化關系的曲線是____

Answer 1

【答案】 320.2 0.32molL-1mim-1 降低溫度 50.5 kPa > cd b d

【解析】

(l)由蓋斯定律可知，②-①得到，以此來解答。

(2)反應的活化能是使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量，根據已知信息，為吸熱反應，反應物總能量低于生成物總能量，依據反應能量關系可知，逆反應的活化能=正反應的活化能-反應的焓變；

(3)發生反應，根據v=計算反應速率，利用速率之比等于反應中計量數之比可得到H2O的反應速率，根據表中的數據可知，在5分鐘后，一氧化碳的物質的量分數不變為0.1，即反應達到平衡狀態，該反應氣體的總物質的量不變，6分鐘時，一氧化碳的物質的量分數變小，說明平衡正向移動，據此分析；

(4)設甲醇的物質的量為1mol，平衡時轉化率為50%，則根據三段式、各物質平衡時總壓和分壓的關系計算；

(5)某溫度，將2molCO與5molH2的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經過5min后，反應達到平衡，依據化學方程式可知轉移電子4mol消耗CO物質的量為1mol，則此時轉移電子6mol，消耗CO物質的量=×1mol=1.5mol，結合化學平衡三段式列式計算平衡常數K=，若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH3OH，計算此時濃度商Qc和平衡常數大小比較判斷平衡的進行方向；反應是氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應達到平衡狀態，否則不能達到平衡；

(6)該反應為放熱反應，則小于700K時，K(400K)> K(500K)>1.31，則平衡時p(H2)> p(CO)，故a、b表示H2的分壓，c、d表示CO的分壓；

(1)已知反應：①，②，由蓋斯定律可知，②-①得到，

故答案為：；

(2)反應的活化能是使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量，根據已知信息，為吸熱反應，反應物總能量低于生成物總能量，依據反應能量關系可知，逆反應的活化能=正反應的活化能-反應的焓變；，該反應的活化能為485.2 kJ/mol，則其逆反應的活化能=485.2 kJ/mol -165 kJ/mol =320.2 kJ/mol；

(3)發生反應，若初始投入一氧化碳為2mol，則水蒸氣也為2mol，該反應的總物質的量不變，所以平衡時一氧化碳的物質的量為4mol×0.1=0.4mol，0～5分鐘內的一氧化碳的反應速率υ（CO）==0.032mol/（Lmin），6分鐘時，一氧化碳的物質的量分數變小，說明平衡正向移動，而該反應為放熱反應，所以應為降低溫度；

(4)設甲醇的物質的量為1mol，平衡時轉化率為50%，則根據三段式：

n始：n平=p始：p平，p平=

則反應的平衡常數Kp==50.5 kPa；

(5)某溫度，將2molCO與5molH2的混合氣體充入容積為2L的密閉容器中，經過5min后，反應達到平衡，依據化學方程式可知轉移電子4mol消耗CO物質的量為1mol，則此時轉移電子6mol，消耗CO物質的量==×1mol=1.5mol，結合化學平衡三段式列式計算:

平衡濃度c(CO)==0.25mol/L，c(H2)==1mol/L，c(CH3OH)==0.75mol/L，平衡常數K==3，若保持體積不變，再充入2molCO和1.5molCH3OH，計算此時濃度商Qc==1.2<3，說明平衡正向進行，此時v(正)>v(逆)；

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H<0，反應是氣體體積減小的放熱反應，反應達到平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，分析選項中變量不變說明反應達到平衡狀態；

a.CH3OH的質量不變，物質的量不變，說明反應達到平衡狀態，故a不符合題意；

b.反應前后氣體質量不變，反應前后氣體物質的量變化，當混合氣體的平均相對分子質量不再改變，說明反應達到平衡狀態，故b不符合題意；

c.反應速率之比等于化學方程式計量數之比，2v正(CO)=v正(H2) ，屬于正反應速率之比，當滿足2v逆(CO)=v正(H2)說明氫氣的正逆反應速率相同，反應達到平衡狀態，但v逆(CO)=2v正(H2)不能說明反應達到平衡狀態，故c符合題意；

d.反應前后氣體質量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不發生改變，不能說明反應達到平衡狀態，故d符合題意；

故答案為cd；

(6)已知700 K時的K=l. 31，該反應為放熱反應，則小于700K時，K(400K)> K(500K)>1.31，則平衡時p(H2)> p(CO)，故a、b表示H2的分壓，c、d表示CO的分壓，升高溫度反應逆向進行，CO的分壓增大，H2的分壓減小，則由此可判斷400K時p(H2)和 p(CO)隨時間變化關系曲線分別是b、c；500K時p(H2)和 p(CO)隨時間變化關系曲線分別是a、d。