美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

1. 美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如下图：

(1) 此流程的第Ⅰ步反应为 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，

①已知键能为断开1mol化学键所需的能量，一些相关化学键的键能如下表：

化学键	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
键能 $\text{[math]}$	436	465	a	1076

则 $\text{[math]}$ 。

②一定条件下 $\text{[math]}$ 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“<”、“>”或“=”)。

(2) 此流程的第Ⅱ步反应为： $\text{[math]}$ ，该反应的平衡常数随温度的变化如下所示：

温度/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1	0.6

从上表可以推断：此反应是(填“吸”“放”)热反应。

(3) 在一个绝热固定容积的密闭容器中，判断此流程的第Ⅱ步反应达到平衡的标志是(填序号)。

①体系的压强不再发生变化

②混合气体的密度不变

③混合气体的平均相对分子质量不变

④各组分的物质的量浓度不再改变

⑤体系的温度不再发生变化

⑥ $\text{[math]}$

(4) 此流程的第Ⅱ步反应 $\text{[math]}$ 在830℃时，某时刻反应混合物中 $\text{[math]}$ 的物质的量浓度分别为 $\text{[math]}$ ，则此时反应朝(填“正反应方向”或“逆反应方向”)进行；若 $\text{[math]}$ 的初始浓度均为 $\text{[math]}$ ，求该反应达到平衡时CO的转化率。(写出计算过程)。

【考点】

反应热和焓变;

【答案】

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综合题普通

1. 工业上在催化剂作用下可用CO和 $\text{[math]}$ 合成甲醇，其反应为 $\text{[math]}$ ，回答下列问题：

(1) 已知：反应Ⅰ中的相关的化学键键能数据如下。

化学键	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
键能/(kJ·mol $\text{[math]}$ )	1071	436	358	467	413

由键能可知 $\text{[math]}$ kJ⋅mol $\text{[math]}$ ；该反应(填“自发进行”或“非自发进行”或“高温自发”或“低温自发”)。

(2) 一定条件下向一密闭容器中充入1 mol $\text{[math]}$ 和2 mol $\text{[math]}$ ，发生上述反应，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①温度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；温度为 $\text{[math]}$ 时，D点反应速率： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

②A、B、C三点中，正反应速率最大的是(填“A”、“B”或“C”)点，该点对应的平衡常数 $\text{[math]}$ kPa $\text{[math]}$ (用最简分数表示； $\text{[math]}$ 为以分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)

(3) 在一恒容密闭容器中发生上述反应，其他条件不变，下列措施可以加快反应速率的是(填序号，下同)，能提高CO平衡转化率的是。

①升高温度 ②将 $\text{[math]}$ 从体系中分离出来

③充入He，使体系总压强增大 ④再充入一定量的 $\text{[math]}$

综合题普通

I．火箭推进器中盛有强还原剂液态肼( $\text{[math]}$ )和强氧化剂液态双氧水。当把 $\text{[math]}$ 液态肼和 $\text{[math]}$ 混合反应，生成氮气和水蒸气，放出 $\text{[math]}$ 的热量(相当于 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 下测得的热量)。

（1）反应的热化学方程式为。

（2）此反应用于火箭推进，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是。

Ⅱ．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。

（3）如图是 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 反应生成 $\text{[math]}$ 过程中能量的变化示意图，请写出 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 反应的热化学方程式：。

（4）若已知下列数据：

化学键	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
键能/ $\text{[math]}$	435	943

根据表中及图中数据计算 $\text{[math]}$ 键的键能是 $\text{[math]}$ 。

Ⅲ． $\text{[math]}$ 反应过程的能量变化如图所示。

已知： $\text{[math]}$ 氧化为 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ 。请回答下列问题：

（5）E的大小对该反应的反应热(填“有”或“无”)影响。该反应通常用 $\text{[math]}$ 作催化剂，加 $\text{[math]}$ 会使图中B点(填“升高”还是“降低”)， $\text{[math]}$ (填“变大”、“变小”或“不变”)。

综合题普通

3. 我国提出2060年前实现碳中和，为有效降低大气中CO₂的含量，以CO₂为原料制备甲烷、戊烷、甲醇等能源物质具有较好的发展前景。CO₂在固体催化剂表面加氢合成甲烷过程中发生主反应I，同时伴有副反应II发生。

主反应I： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

副反应II： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 几种化学键的键能如表所示：

化学键	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
键能/( $\text{[math]}$ )	413	436	a	745

则 $\text{[math]}$ 。

(2) 为了进一步研究上述两个反应，某小组在三个容积相同的刚性容器中，分别充入1 mol CO₂和4 mol H₂ ，在三种不同实验条件(见表)下进行两个反应，反应体系的总压强(p)随时间变化情况如图所示：

实验编号	a	b	c
温度/K	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
催化剂的比表面积/( $\text{[math]}$ )	80	120	120

① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“>”“<”或“=”)，曲线II对应的实验编号是。

②若在曲线Ⅱ的条件下，20 min时达到平衡生成1.2 mol H₂O，则20 min内反应的平均速率 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，反应II的平衡常数 $\text{[math]}$ (用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)，平衡时CH₄选择性=(CH₄选择性 $\text{[math]}$ ，计算结果保留三位有效数字)。

(3) 对于反应I，在一定条件下存在： $\text{[math]}$ 或 $\text{[math]}$ ，相应的速率与温度关系如图所示。

反应I的平衡常数 $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 的代数式表示)；图中A、B、C、D四个点中，能表示反应已达到平衡状态的是点。

综合题困难