Question

Ⅰ、对N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)   ΔH<0反应，其他条件不变情况下，改变起始氢气物质的量（用n(H₂)表示），实验结果如下如图1表示（图中T表示温度，n表示物质的量）；

（1）比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是______．

（2）若容器容积为1L，n=5mol，T₂条件下反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则且H₂与N₂物质的量之比为1:1，则在起始时体系中加入N₂的物质的量为______mol，反应的平衡常数K=______．

Ⅱ、煤制天然气的工艺流程如图2所示：

（3）反应Ⅰ：C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂(g)  ΔH=+135kJ/mol，

①通入的氧气会与部分碳发生燃烧反应。请利用能量转化及配合移动原理说明通入氧气的作用：_______。

②若反应Ⅰ在体积不变的密闭容器中进行，下列能说明反应Ⅰ达到平衡状态的是________。

a.压强不变    b.气体密度不变   c.气体平均摩尔质量不变   d.氢气浓度不变

（4）反应Ⅱ：C0(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)  ΔH=-41kJ/mol。如图3表示不同温度条件下，煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比（水蒸气与CO物质的量之比）与CO平衡转化率的变化关系。

①判断T₁、T₂和T₃的大小关系：________。（从小到大的顺序）

②若煤气化反应Ⅰ发生后的汽气比为0.8，经煤气化反应Ⅰ和水气变换反应Ⅱ后，得到CO与H₂的物质的量之比为1:3，则反应Ⅱ应选择的温度是_________（填“T₁”或“T₂”或“T₃”）。

（5）实验室模拟甲烷化反应：一定条件下，向体积为2L的恒容密闭容器中充入1.2molCH₄(g)和4.8molCO₂(g)，发生反应CH₄(g)+3CO₂(g) 2H₂O(g)+4CO(g) ΔH>0，实验测得，反应吸收的能量和甲烷的体积分数随时间变化的曲线图像如图4。计算该条件下，20s内v(CH₄)=______,此反应的ΔH =_____。

Answer

c 3mol K＝0.25 氧气与碳发生燃烧反应放热，放出的热被可逆反应C(s) + H2O(g) CO(g)+H2(g)吸收利用，促进反应正向移动 abcd T1 < T2 < T3 T3 0.009mol•（L•s）-1 +330 kJ/mol

【解析】本题考查化学平衡相关知识，包括转化率、平衡标志、平衡移动、速率计算、焓变的计算等。

Ⅰ、（1）起始时氢气的物质的量越多，则越有利于提高氮气的转化率，这说明反应物N2的转化率最高的应该是c点；（2）H2的转化率均为60%，则消耗氢气是3.0mol、剩余2mol，所以根据方程式可知，消耗氮气是1mol、生成的氨气2mol。又因为H2与N2物质的量之比为1:1，所以在起始时体系中加入N2为3mol，剩余氮气为2mol，K==0.25；

Ⅱ、（3）①反应I：C(s) + H2O(g)  CO(g) + H2(g)    ΔH = +135 kJ·mol-1，是吸热反应，而碳与氧气反应放出热量，使反应C(s) + H2O(g) CO(g)+H2(g)，促进正反应方向移动，提高碳的利用率；

②若反应Ⅰ在体积不变的密闭容器中进行，反应前后气体物质的量改变，故压强不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，a项正确；体积不变，正反应气体质量增加，气体密度不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，b项正确；该反应向正反应方向进行，气体平均摩尔质量减小，故气体平均摩尔质量不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，c项正确；氢气浓度不变可以说明反应Ⅰ达到平衡状态，d项正确；

（4）①“水气转换”反应是放热的，在相同的“汽气比”前提下，温度越高CO的转化率越低，固有：T10

n(起始/mol) 1.2 4.8 0 0

n (变化/mol) x 3x 2x 4x

n (平衡/mol) 1.2-x 4.8-3x 2x 4x

反应达到平衡后甲烷的体积分数为,则有，x=0.36mol，；CH4反应0.36mol吸收热量为118.8kJ，1mol甲烷完全反应所吸收的热量为330 kJ/mol，故此反应的ΔH=+330 kJ/mol。

【点睛】化学平衡是化学重要的理论，是高考历年来必考点之一，对于平衡图像的考查特别能体现理科素养，因此平衡图像题成为高考青睐的题型之一，解决本题的关键在于正确从图像中获取信息，在这种类型的图像表面比较复杂，很多学生不会分析。但是实际上我们知道设计此图像的本意在于考查学生会不会通过比较来得出结论，实际上就是控制变量法的应用。解题技巧是：单看一条线，整看辅助线。首先先单看一条线，无论有多少条曲线都忽视掉，只看一条，记住在这条曲线上所有的点都是等温或者等压的，然后根据横坐标（压强或者温度的升高）纵坐标物质参数的变化（变大或者变小）来判断平衡的移动方向从而能够得出反应的一些特征。看过一条曲线之后我们只能得出平衡一方面的特征（比如说吸放热或者分子数变化情况），还要在看一次，这次是整看辅助线：整体看，记住要做一条x轴的垂线，这条线段一定会交多重曲线的每条曲线于一点，这些点上都是等温或者等压的（视x轴的物理量而定），然后通过y轴上物质参数的相关变化来得出平衡另一个参数的性质。