Question

【題目】（一）鎳具有優良的物理和化學特性，是許多領域尤其是高技術產業的重要原料。羰基法提純粗鎳涉及的兩步反應依次為

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①中Ni(CO)4的產率，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%，所含雜質不與CO反應)剩余質量和反應時間的關系如圖所示。Ni(CO)4在0～10min的平均反應速率為_____。

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

a．平衡常數K增大 b．CO的濃度減小

c．Ni的質量減小 d．υ逆[Ni(CO)4]增大

（二）已知NO2和N2O4可以相互轉化：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達到平衡狀態的是___。

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

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

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

a.A、C兩點氣體的顏色：A深，C淺

b.A、C兩點NO2的轉化率：A＜C

c.B、C兩點的氣體的平均相對分子質量：B＜C

d.由狀態B到狀態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①的ΔH1為____kJ·mol－1。圖(a)是反應①平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x___0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡產率提高，應采取的措施是___(填標號)。

A.升高溫度 B.降低溫度

C.增大壓強 D.降低壓強

（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)為丁烯產率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關系。圖中曲線呈現先升高后降低的變化趨勢，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 bd +123 小于 AD 氫氣是產物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大

【解析】

（一）

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

（2）粗鎳的純度98.5%，1~10min內粗鎳質量減少100g-41g═59g；由于雜質與CO不反應，依據化學方程式計算Ni（CO）4物質的量得到變化濃度，根據化學反應速率概念計算得到；

（3）反應②為吸熱反應，因此反應②達到平衡后，降溫，平衡逆向進行，反應平衡常數K變小、CO的濃度與Ni的質量均減小、因溫度降低，υ逆[Ni（CO）4]減小；

（二）

（1）根據反應的特點和化學平衡的標志分析作答；

（2）平衡常數是溫度的函數，只受溫度影響，故平衡常數不變；先利用公式計算υ（NO2），再用化學反應速率之比等于化學計量數之比；

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

（4）a.相同溫度下，增大壓強達到新的平衡，體系中各種物質的濃度均增大，體系顏色變深，即A淺，C深，a錯誤；b.增大壓強，平衡右移，二氧化氮的轉化率增大，b正確；c. 根據圖像，B、C兩點所處平衡狀態中各組分的體積分數分別相等，即它們的平均相對分子質量相等，c錯誤；d. 該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，NO2體積分數增大，則T1<T2，可以通過加熱的方法由狀態B移動到狀態A，d正確；

（三）

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

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

（一）

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

（2）1~10min內粗鎳質量減少100g-41g═59g；由于雜質與CO不反應，則反應的鎳的物質的量為59g÷59g/mol=1mol，在0～10min內生成Ni（CO）4的物質的量為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②為吸熱反應，因此反應②達到平衡后，降溫，平衡逆向移動；

a. 溫度降低平衡向放熱反應方向進行，反應②是吸熱反應，平衡逆向移動，平衡常數減小，a錯誤；

b. 溫度降低平衡向放熱反應方向進行，反應②是吸熱反應，平衡逆向移動，一氧化碳濃度減小，b正確；

c. 依據反應分析，溫度降低反應②逆向移動，鎳質量減小，c正確；

d.溫度降低，υ逆[Ni（CO）4]減小，d錯誤；

故答案為：bc；

（二）

（1）a.正反應是氣體分子數減小的反應，在溫度和壓強恒定的條件下，建立平衡過程中容器體積變大，氣體質量不變，則氣體密度變小，達到了平衡狀態時混合氣的密度不變，故a正確；

b.反應熱ΔH只與反應方程式有關，是一個不變量，H不變不能說明反應達到平衡狀態，故b錯誤；

c.圖示NO2和N2O4表示的都是正反應速率，兩者表示的正反應速率之比始終等于2:1，不能判斷反應是否達到平衡狀態，故c錯誤；

d.開始N2O4的轉化率在增大，后來轉化率不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故d正確；

正確答案是ad；

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

（3）恒壓容器中再充入He，體積增大，相當于減壓，平衡向左移動；

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

b.增大壓強，平衡右移，二氧化氮的轉化率增大，轉化率A<C，b正確；

c. 根據圖像，B、C兩點所處平衡狀態中各組分的體積分數分別相等，即它們的平均相對分子質量相等，c錯誤；

d. 該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，NO2體積分數增大，則T1<T2，可以通過加熱的方法由狀態B移動到狀態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，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷轉化率增大，即平衡正向移動，該反應是氣體體積增大的反應，所以x的壓強更小，x<0.1；由于反應①為吸熱反應，溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產率增大，反應①的正向體積增大，減壓時平衡正向移動，丁烯的平衡產率增大，因此AD正確，故答案為：+123；小于；AD；

（2）丁烷分解產生丁烯和氫氣，開始氫氣量較少時，氫氣的作用是活化催化劑，氫氣是反應①的產物之一，增大氫氣的量，逆反應速率增大，丁烯的產率降低，故答案為：氫氣是產物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大。