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氫材料，在一定條件下通過如下反應實現儲氫：

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

①n1、n2、n3的大小關系是_______。

②溫度T1下反應的平衡常數是__________（用含a的代數式表示）。

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

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

②

③

_______。

（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，且第9min達到平衡時，CO的物質的量是0.2mol，則改變的外界條件為_________。

（4）溫度、壓強對反應CO（g）十2H2（g）=CH3OH（g） H=-90. 1 kJ·mol-1中CO轉化率的影響如圖所示：

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

②由圖像可知，溫度越低，壓強越大，CO轉化率越高。但實際生產往往采用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，反應速率太慢，不利于甲醇的合成，壓強太大，設備要求提高，成本增加

【解析】

(1) LaNi3（s）+3H2（g）LaNi3H6（s） H<0。

①該反應是一個氣體分子數減小的反應，在恒容密閉容器中進行該反應，充入氫氣，相當于增大壓強，平衡正向移動，氫氣的轉化率將增大；

②由圖可知，平衡時，體系壓強由9kPa變為3kPa，氫氣的物質的量變為起始值的三分之一；

③保持溫度不變，容積壓縮至原容積的一半，平衡正向移動，氣體分子數減小，壓強應小于起始壓強的2倍；

(2)第三個反應出現CH3OH(g)，但目標方程式未出現CH3OH(g)，可得出第三個方程式用不到，根據觀察發現，②-①可以得到，用蓋斯定律計算即可；

(3)是一個氣體體積不變的反應，故氣體總物質的量=2mol+2mol=4mol，0-5分鐘，CO含量減小了0.4，即減小了4×0.4mol=1.6mol，結合體積可計算濃度變化量，進而計算CO表示的速率，進而計算v[H2O(g)]。6分鐘到9分鐘，CO的含量下降，說明平衡正向移動，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速率減小了；

(4)①分析圖發現，低溫時，無論壓強多大，CO的轉化率都相等；

②實際化工生產除了需要考慮平衡原理外，還要考慮實際生產效率、成本投入等。

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

②該反應中只有氫氣一種氣體，則容器壓強與氫氣的物質的量成正比，溫度T1時，起始時，壓強為9kPa，平衡時，壓強為3kPa，設平衡時氫氣的物質的量為n，則，解得：n=，則平衡時，c(H2)=，所以，K==，故答案為：；

③假設平衡不移動，則t6時刻將容積壓縮至原容積的一半，壓強應變為t6時刻壓強的2倍，即6kPa，但實際情況是，平衡正向移動，氣體分子數減小，所以，此時容器內的壓強小于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)是一個氣體分子總數不變的反應，故氣體總物質的量=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，由方程式計量數可知v[H2O(g)]=v(CO)= 0.032mol/L。由分析可知，6分鐘時改變的條件使平衡正向移動、同時反應速率減小，又從表格可知，6分鐘時CO含量沒有變化，不可能是移走生成物，綜上所述，6分鐘時，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，無論壓強多大，CO的轉化率幾乎相等，則低溫時，對CO轉化率影響的主要因素是溫度，故答案為：溫度；

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