Question

【题目】（1）氢气是一种未来十分理想的能源。

镧镍合金是一种良好的储氢材料，在一定条件下通过如下反应实现储氢：

LaNi3（s）+3H2（g） LaNi3H6（s） H<0。 某实验室模拟该过程，向体积一定的密闭容器中充入反应物发生反应。H2的平衡转化率与其初始加入量（n）、反应温度（T）的关系如下左图所示；一定温度（T）下，将a mol的氢气充入体积是1 L的容器内，气体的压强（P）随时间（t）的变化关系如下右图所示：

①n1、n2、n3的大小关系是_______。

②温度T1下反应的平衡常数是__________（用含a的代数式表示）。

③保持温度不变，在t6时刻将容积压缩至原容积的一半，容器内的压强_________6kPa（填写“大于”或“小于”）。

（2）贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4等有机化工产品的反应。温度为TK时发生以下反应①

②

③

_______。

（3）TK时，向一恒压密闭容器中充入等物质的量的CO（g）和H2O（g）发生上述反应②（已排除其他反应干扰），测得CO（g）物质的量分数随时间变化如下表所示：

若初始投入CO为2 mol，恒压容器容积10 L，用H2O（g）表示该反应0-5分钟内的速率v[H2O(g)]=______。6分钟时，仅改变一种条件破坏了平衡，且第9min达到平衡时，CO的物质的量是0.2mol，则改变的外界条件为_________。

（4）温度、压强对反应CO（g）十2H2（g）=CH3OH（g） H=-90. 1 kJ·mol-1中CO转化率的影响如图所示：

①温度在较低范围内，对CO转化率影响的主要因素是____________ （填“温度”或“压强”）。

②由图像可知，温度越低，压强越大，CO转化率越高。但实际生产往往采用300~400 °C和10 MPa的条件，其原因是________。

Answer 1

【答案】n1＜n2＜n3 小于 -206 kJ·mol-1 0.032mol/L 降低温度 温度 温度太低，反应速率太慢，不利于甲醇的合成，压强太大，设备要求提高，成本增加

【解析】

(1) LaNi3（s）+3H2（g）LaNi3H6（s） H<0。

①该反应是一个气体分子数减小的反应，在恒容密闭容器中进行该反应，充入氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，氢气的转化率将增大；

②由图可知，平衡时，体系压强由9kPa变为3kPa，氢气的物质的量变为起始值的三分之一；

③保持温度不变，容积压缩至原容积的一半，平衡正向移动，气体分子数减小，压强应小于起始压强的2倍；

(2)第三个反应出现CH3OH(g)，但目标方程式未出现CH3OH(g)，可得出第三个方程式用不到，根据观察发现，②-①可以得到，用盖斯定律计算即可；

(3)是一个气体体积不变的反应，故气体总物质的量=2mol+2mol=4mol，0-5分钟，CO含量减小了0.4，即减小了4×0.4mol=1.6mol，结合体积可计算浓度变化量，进而计算CO表示的速率，进而计算v[H2O(g)]。6分钟到9分钟，CO的含量下降，说明平衡正向移动，且6到9分钟CO含量减少程度比2到5分钟小，说明6分钟改变的条件使反应速率减小了；

(4)①分析图发现，低温时，无论压强多大，CO的转化率都相等；

②实际化工生产除了需要考虑平衡原理外，还要考虑实际生产效率、成本投入等。

(1)①恒温恒容下，增大氢气的起始量，压强增大，平衡正向移动，氢气的转化率增大，结合图像可知：n1＜n2＜n3，故答案为：n1＜n2＜n3；

②该反应中只有氢气一种气体，则容器压强与氢气的物质的量成正比，温度T1时，起始时，压强为9kPa，平衡时，压强为3kPa，设平衡时氢气的物质的量为n，则，解得：n=，则平衡时，c(H2)=，所以，K==，故答案为：；

③假设平衡不移动，则t6时刻将容积压缩至原容积的一半，压强应变为t6时刻压强的2倍，即6kPa，但实际情况是，平衡正向移动，气体分子数减小，所以，此时容器内的压强小于6kPa，故答案为：小于；

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

(3)是一个气体分子总数不变的反应，故气体总物质的量=2mol+2mol=4mol，0-5分钟，CO含量减小了0.4，即减小了4×0.4mol=1.6mol，则CO浓度减小了=0.16mol/L，v(CO)==0.032mol/L，由方程式计量数可知v[H2O(g)]=v(CO)= 0.032mol/L。由分析可知，6分钟时改变的条件使平衡正向移动、同时反应速率减小，又从表格可知，6分钟时CO含量没有变化，不可能是移走生成物，综上所述，6分钟时，降低了温度，故答案为：0.032mol/L；降低温度；

(4)①由图可知，低温时，无论压强多大，CO的转化率几乎相等，则低温时，对CO转化率影响的主要因素是温度，故答案为：温度；

②温度太低，反应速率太慢，不利于甲醇的合成，压强太大，设备抗压要求增大，设备成本增加，故实际生产往往采用300~400 °C和10 MPa的条件，故答案为：温度太低，反应速率太慢，不利于甲醇的合成，压强太大，设备要求提高，成本增加。