Question

合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成二甲醚等清潔燃料．從天然氣獲得合成氣過程中可能發(fā)生為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.1kJ/mol
請回答下列問題：
（1）在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，測得CH₄的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖1所示．反應(yīng)中處于平衡狀態(tài)的時間為

5～10分鐘、12分鐘后

；10min時，改變的外界條件可能是

升高溫度

．
（2）如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和CO₂，使甲、乙兩容器初始容積相等．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)②，并維持反應(yīng)過程中溫度不變．已知甲容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象如圖3所示，請?jiān)趫D3中畫出乙容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象．
（3）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g） 800℃時，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0．
①某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時反應(yīng)中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是

a

（填代號）．
a．v（正）＞v（逆）     b．v（正）＜v（逆）      c．v（正）=v（逆）     d．無法判斷
②800℃時，向體積為2L的密閉容器中充入2mol CO和4mol H₂O，求達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率．

Answer 1

分析：（1）由圖可知，在5～10分鐘、12分鐘后，甲烷濃度不變，是平衡狀態(tài)；10min時甲烷的濃度繼續(xù)減小，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（2）甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和CO₂，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強(qiáng)不變，則假定甲不變，乙中發(fā)生CH₄+CO₂?2CO+2H₂，其體積增大，則相當(dāng)于壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，乙容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率增大，但壓強(qiáng)小，反應(yīng)速率減慢，則達(dá)到平衡的時間變長；
（3）①利用Qc與K的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而確定正逆反應(yīng)速率的關(guān)系；
②800℃時，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0，利用三段式求出平衡時CO轉(zhuǎn)化的量，再求轉(zhuǎn)化率．

解答：解：（1）由圖可知，由圖可知，在5～10分鐘、12分鐘后，甲烷濃度不變，是平衡狀態(tài)；10min時甲烷的濃度繼續(xù)減小，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則升高溫度符合題意，
故答案為：5～10分鐘、12分鐘后；升高溫度；
（2）甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和CO₂，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強(qiáng)不變，則假定甲不變，乙中發(fā)生CH₄+CO₂?2CO+2H₂，其體積增大，則相當(dāng)于壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，乙容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率增大，但壓強(qiáng)小，反應(yīng)速率減慢，則達(dá)到平衡的時間變長，則乙中CH₄的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖象為：
，
故答案為：；
（3）由表格中的數(shù)據(jù)可知，氣體的體積相同，則物質(zhì)的量與濃度成正比，Qc=

2.0×2.0

2.0×8.5

＜K=1.0，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即選a，
故答案為：a；
②800℃時，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0，向體積為2L的密閉容器中充入2mol CO和4mol H₂O，設(shè)參加反應(yīng)的CO為xmol；
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：2       4        0       0
轉(zhuǎn)化量（mol）：x       x        x       x
平衡量（mol）：2-x    4-x       x       x
K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

x 2 ? x 2

2-x 2 ? 4-x 2

=1，
所以x=

4

3

mol，
所以平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為：

4 3 mol

2mol

×100%=66.7%，
答：達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率66.7%．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算，化學(xué)平衡的移動及反應(yīng)方向的判斷，平衡常數(shù)的應(yīng)用，難度較大，（2）是學(xué)生解答中的難點(diǎn)，注意利用思維轉(zhuǎn)化的方法來解答．