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化学反响中能量、速率及平衡
。在催化剂的作用下,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化学反响如下:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=−58kJ·mol−1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
请答复以下问题:
〔1〕化学反响热ΔH=生成物标准生成热总和−反响物标准生成热总和。四种物质的标准生成热如下表:
物质
CO(g)
CO2(g)
H2(g)
CH3OH(g)
标准生成热(kJ·mol−1)
−
−
0
−
①计算ΔH1=________kJ·mol−1。
②ΔH3________0(填“=〞“>〞或“<〞)。
〔2〕当合成气的组成比n(H2)/n(CO+CO2)=,体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系如下图:
①α(CO)随温度升高而________(填“增大〞或“减小〞)。
②图中p1、p2、p3的大小关系为________,判断的理由是______________________________。
〔3〕在一定条件下由甲醇可以制备甲醚。一定温度下,在三个体积均为1L的恒容密闭容器中发生反响:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g),实验数据见下表:
编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡物质的量/mol
CH3OH(g)
CH3OCH3(g)
H2O(g)
CH3OCH3(g)
H2O(g)
a
387
0
0[来源:]
b
387
0
0
c
27
0
0
以下说法正确的选项是________。
,那么平衡时a中CH3OH的转化率增大
(g)、(g)(g),那么反响向正反响
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方向进行
〔4〕直接甲醇燃料电池〔DirectMethanolFuelCell,DMFC〕属于质子交换膜燃料电池,其工作原理如下图:
①c处通入的气体是________。
②负极的电极反响式是__________________________________________。
【答案】−>减小p1<p2<p3相同温度下,反响Ⅲ是气体分子数不变的反响,改变压强平衡不移动。反响Ⅰ的正反响是气体分子数减小的反响,增大压强平衡向正反响方向移动,CO的转化率增大。ADO2CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
,具有广泛的开发和应用前景。
〔1〕己知在常温常压下反响的热化学方程式:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH1=-90kJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)==CO2(g) +H2(g)ΔH2=-41kJ·mol-1
写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式______________;
〔2〕在一定条件下,某密闭容器中进行上述二氧化碳与氢气制备甲醇的反响,反响过程中局部数据如下表:
反响条件
反响时间
CO2(mol)
H2(mol)
CH3OH(mol)
H2O(mol)
恒温恒容
(T1℃、2L)
Omin
2
6
0
0
10min
20min
1
30min
1
①0〜l0min内,用H2O(g)表示的化学反响速率v(H2O)=__mol/(L·s)
②到达平衡时,该反响的平衡常数K=____(用分数表示),平衡时H2的转化率是____。
③在其它条件不变的情况下,假设30min时改变温度为T2℃,,那么T1___T2(填“>〞、“<〞或“=〞),理由是_____。在其他条件不变的情况下,假设30min时向容器中再充入lmolCO2(g)和lmolH2O(g),那么平衡____移动〔填“正向〞、“逆向〞或“不〞)。
〔3〕以甲醇为燃料的新型燃料电池,正极通入O2,负极通入甲醇,在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。
①负极的电极反响式是________________;
②假设以该燃料电池作为电源,用石墨作电极电解500mL饱和食盐水,(不考虑气体的溶解)时,所得溶液的pH=____(假设反响前后溶液体积不变〕。
【答案】CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=-49kJ·mol-%T1<T2反响放热,升高温度,平衡逆向移动
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不CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+13
。
,相关反响如下:
主反响:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)△H1①
副反响:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)△H2=+
H2和CH4的燃烧热分别为-·mol-1和-·mol-1
H2O(l)=H2O(g)△H=+44kJ·mol-1
〔1〕△H1=______kJ·mol-1。
〔2〕有利于提高CH4平衡产率的反响条件是〔至少写两条〕_________。工业上提高甲烷反响选择性的关键因素是_____________。
〔3〕T℃时,假设在体积恒为2L的密闭容器中同时发生上述反响,将物质的量之和为5mol的H2和CO2以不同的投料比进行反响,结果如下图。假设a、b表示反响物的转化率,那么表示H2转化率的是______,c、d分别表示CH4(g)和CO(g)的体积分数,由图可知=______时,甲烷产率最高。假设该条件下CO的产率趋于0,那么T℃时①的平衡常数K=________。
%以HCO3-形式存在。在海洋中,通过如下左图钙化作用实现碳自净。
〔4〕写出写出钙化作用的离子方程式____________。
〔5〕电解完成后,a室的pH值______〔“变大〞、“变小〞或“几乎不变〞);其间b室发生反响的离子方程式为____________。
【答案】-,增大压强催化剂b41002HCO3-+Ca2+=CaCO3↓+CO2↑+H2O几乎不变H++HCO3-=CO2↑+H2O
,为减少其排放,需将工业生产中产生的CO2别离出来进行储存和利用。
〔1〕CO2与NH3反响可合成化肥尿素[化学式为CO(NH2)2],反响2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)在合成塔中进行。下如图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ~、1~~,那么生产中应选用水碳比的数值范围为_______________。
②,并简述你的理由_______________。
〔2〕CO2与H2也可用于合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在体积可变的恒压密闭容器中,该反响在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如下图。
①该反响的化学平衡常数的表达式为_____________。
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②该反响的∆S__________0,∆H_________0〔填“>〞或“<〞〕。
③700K投料比[n(H2)/n(CO2)]=2时,H2的平衡转化率为___________________。
〔3〕固体氧化物电解池(SOEC)用于高温电解CO2/H2O,既可高效制备合成气(CO+H2),又可实现CO2的减排,其工作原理如下如图。
①在c极上反响分两步进行:首先水电解产生氢气,然后氢气与CO2反响产生CO。写出电极c上发生的电极反响式:___________________。
②假设电解得到的1:1的合成气(CO+H2),那么通入的CO2和H2O物质的量比值为__________。
〔4〕以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见如图。如何解释如图中250-400℃时温度升高与乙酸的生成速率变化的关系?______________________。
【答案】~;,NH3的量增大较多,而CO2转化率增加不大,提高了生产本钱<<45%H2O+2e-=H2+O2-1︰1在250-300℃过程中,催化剂是影响速率的主要因素,催化剂的催化效率降低,导致反响速率也降低;而在300-400℃时,催化效率低且变化程度较小,但反响速率增加较明显,因此该过程中温度是影响速率的主要因素,温度越高,反响速率越大学科%网
:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-·mol-1
将6molCO2和8molH2充入2L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如下图(实线)。图中数据c(8,2)表示:在8min时H2的物质的量是2mol。
〔1〕c点正反响速率_____(填“大于〞“等于〞或“小于〞)逆反响速率。其化学平衡常数K=__________
〔2〕仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线所示。曲线I对应的实验条件改变是________________
〔3〕假设体积不变再充入3molCO2和4molH2,那么H2O(g)的体积分数__〔填“增大〞“不变〞或“减小〞〕
Ⅱ.某实验小组欲探究I-被空气中O2氧化的反响速率与温度的关系,现有1mol/L的KI溶液、、淀粉溶液,那么实验时这几种试剂的参加顺序为:KI溶液、___________________;反响的离子方程式为_____________________
Ⅲ.粗镍样品中含Fe、Zn、Ag、Cu等四种金属杂质,为获得高纯度的镍,某兴趣小组同学拟用铅蓄电池为电源,粗镍及石墨为电极,电解***镍溶液对粗镍进行提纯。〔,氧化性:Fe2+<Ni2+<Cu2+〕
〔1〕电解结束后,阳极附近产生的沉淀物的主要成分为____(填化学式)。
〔2〕假设按上图所示连接对铅蓄电池进行充电。
总反响:Pb +PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,充电一段时间后,B电极上的电极反响式为____________________________。充电完毕,铅蓄电池的正极是_______极(填“A〞或“B〞)。
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〔3〕如用甲烷燃料电池为电源,在25℃、101kPa时,假设CH4在氧气中直接燃烧生成1mol水蒸气放热401kJ,而18***蒸气转化成液态水放热44kJ,那么表示CH4燃烧热的热化学方程式为______________________________。
【答案】等于1/2升高温度增大淀粉溶液、H2SO4溶液4H++4I-+O2=2I2+2H2OAg、CuPbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H++SO42-BCH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890kJ·mol-1
〔CH3OCOOCH3,简称DMC〕在医药、农药、香料等多个领域具有广泛的应用,称为绿色化学品。目前,主要通过甲醇、CO、O2在常压、70~120℃和催化剂的条件下合成DMC。主要副产物有HCOOCH3和CO2。请答复以下问题:
〔1〕:①CO的标准燃烧热为:−•mol−1
②1molH2O〔l〕完全蒸发变成H2O〔g〕
③2CH3OH〔g〕+CO2〔g〕⇌CH3OCOOCH3〔g〕+H2O〔g〕△H=−•mol−1
那么2CH3OH〔g〕+CO〔g〕+1/2O2〔g〕⇌CH3OCOOCH3〔g〕+H2O〔l〕△H=______________。
该反响在常压和70~120℃条件下就能自发反响的原因是_______________。
〔2〕在制备DMC的实际工艺过程中,用活性炭负载法制得的催化剂比沉淀法制得的催化剂有更高的活性,说明影响催化剂活性的因素有_______________。从化学反响原理分析,适宜的催化剂在化学反响中的作用有①________________________,②提高化学反响的选择性能。
〔3〕使用甲醇汽油可减少汽车尾气对环境的污染,某化工厂用水煤气为原料合成甲醇,恒温条件下,在体积可变的密闭容器中发生反响:CO〔g〕+2H2〔g〕⇌CH3OH〔g〕,到达平衡时,测得CO、H2、CH3OH分别为1mol、1mol、1mol,容器的体积为3L,该温度下,现往容器中继续通入3molCO,此时v〔正〕__________v〔逆〕〔选填‘‘>〞、“<’’或“=〞〕,用数据说明理由__________________。
〔4〕某研究小组在某温度下,〔g〕、适量CO2和6×10−5mol催化剂发生反响③,研究反响时间对甲醇转化数〔TON〕的影响,其变化曲线如下图.〔计算公式为:TON=转化的甲醇的物质的量/催化剂的物质的量〕。在该温度下,最正确反响时间是_________h;4~10h内DMC的平均反响速率是_______。
【答案】-△H<0催化剂外表积大小加快反响速率=Qc=K=9,×10-4mol/(L·h)学科￥网
〔主要成分为CO、CO2和H2〕在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反响如下:
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH〔g〕+H2O(g)△H1;
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H2③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H3;
答复以下问题:
化学键
H-H
C-O
CO
H-O
C-H
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E/〔kJ·mol-1〕
436
343
1076
465
413
〔1〕反响①中的相关的化学键键能〔“CO〞表示CO的化学键〕数据见表:由此计算△H2=________kJ·mol-1,△H1=-58kJ·mol-1,那么△H3=________kJ·mol-1
〔2〕反响①、②、③对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系式为_______________。
〔3〕一定条件下,在2L的恒容密闭容器中充入1molCO2和2molH2发生反响①。
下如图是反响体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线。
①当温度为500K时,该反响10min到达平衡。0~10min时间内用CH3OH表示该反响的化学反响速率为_____________________。
②假设改充入1molCO2和3molH2,那么如图1中的曲线会_________〔填“上移〞或“下移〞〕。
〔4〕某温度下在容积为2L的密闭容器中充入1molCO和2molH2合成甲醇,发生反响②,各组分的物质的量随时间的变化情况如上如下图。
①5min至10min时速率变化的原因可能是_____________;
②假设该反响在恒温恒压下进行,能说明该反响到达平衡状态的是____________。
③15min时,仅增加反响体系中CO的物质的量〔其他条件不变〕,至20min时反响重新到达平衡;那么新参加的CO的物质的量为_________mol〔保存两位有效数字〕。
【答案】-99+41K1=K2·K3〔或者K3=K1/K2〕/(L·min)上移使用了催化剂(其他合理答案也可)
〔肼〕可作用制药的原料,也可作火箭的燃料。
〔1〕肼能与酸反响。N2H6C12溶液呈弱酸性,在水中存在如下反响:
①N2H62++H2ON2H5++H3O+平衡常数K1
②N2H5++H2ON2H4+H3O+平衡常数K2
相同温度下,K1>K2,其主要原因有两个:
①电荷因素,N2H5+水解程度小于N2H62+;
②___________________________________________;
〔2〕工业上,可用次***酸钠与氨反响制备肼,副产物对环境友好,该反响化学方程式是___________________________________________________。
〔3〕气态肼在催化剂作用下分解只产生两种气体,其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色。在密闭容器中发生上述
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反响,平衡体系中肼的体积分数与温度关系如下图。
①P2_____P1〔填:<、>或=,下同〕。
②反响I:N2H4(g)N2(g)+4NH3(g)ΔH1;
反响II:N2(g)+3H2(g)Δ2NH3(g)ΔH2。
ΔH1________ΔH2
7N2H4(g)8NH3(g)+3N2(g)+2H2(g)ΔH
ΔH=____________〔用ΔH1、ΔH2表示〕。
③,在30℃、Ni-Pt催化剂作用下发生反响N2H4(g)N2(g)+2H2(g),测得混合物体系中〔只含N2、H2、N2H4〕,n(N2)+n(H2)/n(N2H4)(用y表示)与时间的关系如下图。
4分钟时反响到达平衡,0~(H2)=_____________________。
〔4〕肼还可以制备肼—碱性燃料电池,氧化产物为稳定的对环境友好的物质。该电池负极的电极反响式为______________;假设以肼—氧气碱性燃料电池为电源,以NiSO4溶液为电镀液,在金属器具上镀镍,开始两极质量相等,,燃料电池中内电路至少有_________molOH-迁移通过阴离子交换膜。
【答案】第一步水解生成H3O+对第二步水解有抑制作用2NH3+NaClO=N2H4+NaCl+H2O<>7△H1+4△·L-1·min-1N2H4-4e-+4OH-=N2↑+%网
9.:2NO(g)N2(g)+O2(g)△H=-………I
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-………II
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)△H=-………III
〔1〕氨气经催化氧化生成一氧化氮和水蒸气的热化学方程式为_____________________。
〔2〕某温度下,假设将1molNO充入密闭容器中,只发生反响I并到达平衡状态。当只改变以下某一条件时,其结果是:
①再通入1molNO,平衡将______移动(选填“正反响方向〞“逆反响方向〞或‘‘不〞〕。
②增大容器的体积,平衡体系中混合气体的平均相对质量_______(选填“增大〞“减小〞或“不变〞)。
〔3〕某科研小组利用反响II研究:在其它条件不变的情况下,参加一定量的N2,改变起始时氢气的物质的量对合成NH3反响的影响。实验结果如以下图所示:〔图中“T〞表示温度,“n〞表示起始时H2物质的量〕
①由上图知:T1>T2,其原因是__________________。
②假设容器容积为1L,b点对应的n=,测得平衡时H2的转化率为25%,那么平衡时N2的物质的量浓度为____________________。
③将2molN2和4nolH2置于1L的恒容密闭容器中反响。测得不同温度、不同时间段内合成NH3反响中N2的转化率,得到数据如下表:
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表中a、b、25%三者由大到小的顺序为________________。
④将③中实验得到的混合气体通入醋酸溶液中,并恢复到25℃,当两者恰好反响时,生成的CH3COONH4溶液呈中性,那么25℃时NH3•H2O的电离平衡常数Kb=____[:25℃(H+)=×10-3mol/L]。
【答案】4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=-906kJ/mol正反响方向不变反响II是放热反响,升高温度,平衡逆向移动,氨气的百分含量减小。由图可知:当n(H2)一定时,T1对应的氨气的百分含量小于T2,所以T1大于T2。%>a=×10-
。
〔1〕反响过程中能量变化如以下图所示,以下有关表达正确的选项是_________。
,E2表示逆反响的活化能
,提高丙烷的转化率
〔2〕上述反响在恒温恒容密闭容器中到达平衡,其平衡常数K的表达式为_______________。假设升温,该反响的平衡常数_______(填“增大〞、“减小〞或“不变〞)。假设向上述反响到达平衡的容器内再通入少量丙烷,那么c(CH2=CHCH3)/c(CH3CH2CH3)______________(填“增大〞、“减小〞或“不变〞)。
〔3〕、800K条件下,向恒容密闭容器中通入丙烷和稀有气体,丙烷脱氢反响的转化率随着稀有气体与丙烷比例的变化情况如下图,那么随着稀有气体与丙烷比例的增加,丙烷转化率逐渐增大的原因是______________________。
〔4〕上述反响生成物丙烯经多步氧化生成丙酸,常温下Ka(CH3CH2COOH)=×10-(NH3·H2O)=×10-5。
①用离子方程式表示CH3CH2COONa溶液显碱性的原因_______________。
②常温下,假设丙酸与氨水混合后溶液呈中性,那么溶液中c(CH3CH2COO-)/c(NH3·H2O)_______。
〔5〕:
那么丙烷脱氢反响的热化学方程式为_____________。
【答案】ac增大减小此反响是气体体积和增加的反响,随着稀有气体比例的增加,降低了反响体系各气体的分压,相当于减压,从而促进反响向正反响方向进行,提高了丙烷脱氢的转化率CH3CH2COO-+H2OCH3CH2COOH+OH-180CH3CH2CH3(g)CH2=CHCH3(g)+H2(g)△H=+126kJ/mol学￥科网
,表为制取Cu2O的三种方法:
方法Ⅰ
用炭粉在高温条件下复原CuO
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方法Ⅱ
电解法,反响为2Cu+H2OCu2O+H2↑
方法Ⅲ
用肼(N2H4)复原新制Cu(OH)2
〔1〕工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu2O而很少用方法Ⅰ,其原因是______________。
〔2〕:2Cu(s)+1/2O2(g)=Cu2O(s)△H=-akJ·mol-1
C(s)+1/2O2(g)=CO(g)△H=-bkJ·mol-1
Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s)△H=-ckJ·mol-1
那么方法Ⅰ发生的反响:2CuO(s)+C(s)=Cu2O(s)+CO(g);△H=__________kJ·mol-1。
〔3〕方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O,装置如下图,该电池的阳极生成Cu2O反响式为________________。
〔4〕方法Ⅲ为加热条件下用液态肼〔N2H4〕复原新制Cu(OH)2来制备纳米级Cu2O,同时放出N2,该制法的化学方程式为____________。
〔5〕在相同的密闭容器中,用以上两种方法制得的Cu2O分别进行催化分解水的实验:
2H2O2H2(g)+O2(g)ΔH>0
水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。
序号
温度
0
10
20
30
40
50
①
T1
②
T1
③
T2
以下表达正确的选项是________〔填字母代号〕。
:T12
①前20min的平均反响速率v(O2)=7×10-5mol·L-1min-1 
②比实验①所用的催化剂效率低
×10-5mol/L
〔6〕25℃时,/L盐酸,生成沉淀,假设Ksp(AgCl)=×10-10,那么此时溶液中的c(Ag+)=______________。〔体积变化忽略不计〕,是否继续产生沉淀_______〔填“是〞或“否〞〕。
【答案】反响不易控制,易复原产生Cu。(或产生污染性气体CO,或能耗高)2c﹣a﹣b2Cu﹣2e﹣+2OH﹣=Cu2O+H2O4Cu〔OH〕2+N2H42Cu2O+N2↑+×10﹣7mol/L否
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、***、乙酸乙酯等化工原料,也是制取染料、涂料、洗涤剂等产品的原料。
〔1〕己知在常温常压下:
①CH3CH2OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g)△H1=-
②2CO+O2(g)=2CO2(g)△H2=-556kJ/mol
③H2O(g)=H2O(l)△H3=-44kJ/mol
那么CH3CH2OH(l)和O2生成CO和H2O(l)的热化学方程式是:_____________。
〔2〕在容积为2L的密闭容器中,由CO和H2合成由乙醇的反响为:2CO+4H2(g)=CH3CH2OH(l)+H2O(g),在其他条件不变的情况下,考察温度对反响的影响,CO转化率如下图〔注:T1、T2均大于280℃〕:
①图可推知T1______T2(填“>〞、“<〞、“=〞)。
②该反响△H______0(填“>〞、“<〞、“=〞);升高温度,上述反响向______(填“正〞“逆〞)反响方向移动。
③平衡常数表达式为_________,降低温度平衡常数将_______(填“变大〞、“变小〞、“不变〞下***同〕,反响速率将___________。
④在T2温度时,将1molCO和2molH2充入一密闭恒容容器中,充分反响到达平衡后,假设容器内的压强与起始压强之比为2:3,那么CO转化率为a=________。
【答案】CH3CH2OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+3H2O(l)△H=-><逆变大变小50%学%科%网
。合成氨反响:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-·mol-1,假设在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气,平衡_____移动(填“向左〞、“向右〞或“不〞);使用催化剂该反响的△H_____(填“增大〞、“减小〞或“不变〞)。
〔2〕在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反响物,保持恒温、恒容,测得反响到达平衡时的有关数据如下:
容器
甲
乙
丙
反响物投入量
1molN2、3molH2
2molNH3
4molNH3
平衡时NH3的浓度(mol·L-1)
cl
c2
c3[来源:学,科,网]
反响的能量变化
放出akJ
吸收bkJ
吸收ckj
体系压强〔pa)
p1
p2
p3
反响物转化率
a1
a2
a3
以下说法正确的选项是_____(填字母编号)。