Question

氫氣是一種清潔、高效的新型能源．

Ⅰ．用甲烷制取氫氣的反應(yīng)分為兩步，其能量變化如圖1所示：
（1）甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是

 

．
Ⅱ．在容積為1L的密閉容器內(nèi)，加入0.1molCO和0.1molH₂O，在催化劑存在的條件下高溫加熱使其反應(yīng)．測得CO₂的濃度隨時間變化的圖象如圖2：
（2）在該溫度下，從反應(yīng)開始至達到平衡時，CO的平均反應(yīng)速率為

 

；
（3）下列改變中，能使平衡向正反應(yīng)方向移動的是

 

．
A．升高溫度               
B．增大壓強
C．增大H₂O（g）的濃度    
D．減少CO₂（g）的濃度
（4）保持溫度不變，若起始時c（CO）=1mol?L^-1，c（H₂O）=2mol?L^-1，反應(yīng)進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.4mol?L^-1．通過計算，判斷此時該反應(yīng)進行的方向并說明理由：

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變，根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫規(guī)律來書寫熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)v=

△c

△t

計算二氧化碳的平均反應(yīng)速率，再結(jié)合同一時間段內(nèi)同一可逆反應(yīng)中，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算一氧化碳的平均反應(yīng)速率；
（3）根據(jù)溫度、濃度、壓強對化學(xué)平衡移動的影響來回答判斷；
（4）計算該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，根據(jù)濃度商Q_c與平衡常數(shù)K大小分析判斷，Q_c＜K_c，平衡向正反應(yīng)進行，Q_c＞K_c，平衡向逆反應(yīng)進行，Q_c═K_c，達平衡．

解答： 解：（1）根據(jù)第一步反應(yīng)過程可以得出：CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g），△H=-103.3kJ?mol^-1；根據(jù)第二步反應(yīng)過程可以得出：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），△H=-33.2kJ?mol^-1；根據(jù)蓋斯定律，上下兩式相加可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5 kJ?mol^-1；
（2）根據(jù)第二步反應(yīng)過程可以得出：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），△H=-33.2kJ?mol^-1；v（CO₂）=

△c

△t

=

0.03mol/L

10min

=0.003mol/（L．min），根據(jù)同一時間段內(nèi)同一可逆反應(yīng)中，各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算一氧化碳的平均反應(yīng)速率，所以v（CO）=v（CO₂）=0.003mol/（L．min），
故答案為：0.003 mol?L^-1?min^-1；
（3）對于反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）根據(jù)圖示知道反應(yīng)是放熱的，
A．升高溫度，平衡逆向移動，故A錯誤；            
B．增大壓強，平衡不會發(fā)生移動，故B錯誤；
C．增大H₂O（g）的濃度，化學(xué)平衡正向移動，故C正確；    
D．減少CO₂（g）的濃度，化學(xué)平衡正向移動，故D正確； 
故選CD；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始：0.1 mol?L^-1  0.1 mol?L^-1 0            0
轉(zhuǎn)化：0.03 mol?L^-1 0.03 mol?L^-1 0.03 mol?L^-1 0.03 mol?L^-1
平衡：0.07 mol?L^-1 0.07 mol?L^-1 0.03 mol?L^-1 0.03 mol?L^-1
因平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，所以K═

0.03×0.03

0.07×0.07

=

9

49

，
         CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始：1 mol?L^-1 2 mol?L^-1 0         0
轉(zhuǎn)化：0.4 mol?L^-1 0.4mol?L^-1 0.4 mol?L^-1 0.4 mol?L^-1
平衡：0.6 mol?L^-1 1.6 mol?L^-1 0.4 mol?L^-1 0.4 mol?L^-1
濃度商Q_c═

0.4×0.4

0.4×1.6

=

1

6

＜Kc，平衡向正反應(yīng)進行，v（正）＞v（逆），
故答案為：正方向，Q_c═

0.4×0.4

0.4×1.6

=

1

6

＜Kc，所以該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行．

點評：本題考查反應(yīng)速率的計算、化學(xué)平衡有關(guān)計算、化學(xué)平衡移動與影響因素等，注意平衡常數(shù)的應(yīng)用、平衡移動的本質(zhì)是解答的關(guān)鍵，題目難度中等．