Question

【題目】隨著科技進(jìn)步和人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，如何利用CO2已經(jīng)成為世界各國特別關(guān)注的問題。

已知：CO2與CH4經(jīng)催化重整制得合成氣：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) △H

（1）降低溫度，該反應(yīng)速率會(huì)_______________（填“增大”或“減小”）；一定壓強(qiáng)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生1 mol化合物的焓變?yōu)樵撐镔|(zhì)的摩爾生成焓。已知CO2（g）、CH4（g）、CO（g）的摩爾生成焓分別為-395 kJ/mol、-74.9 kJ/mol、-110.4 kJ/mol。則上述重整反應(yīng)的ΔH=____________kJ/mol。

（2）T1℃時(shí)，在兩個(gè)相同剛性密閉容器中充入CH4和CO2分壓均為20 kPa，加入催化劑Ni/α-Al2O3并分別在T1℃和T2℃進(jìn)行反應(yīng)，測得CH4轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化如圖Ⅰ所示。

①A點(diǎn)處v正_______B點(diǎn)處（填“＜”、“＞”或“=”）

②研究表明CO的生成速率v生成（CO）=1.3×10-2·p（CH4）·p（CO2）mol·g-1·s-1，A點(diǎn)處v生成（CO）=__________mol·g-1·s-1。

（3）上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，若改變某一條件，下列變化能說明平衡一定正向移動(dòng)的是________________（填代號）。

A.正反應(yīng)速率增大 B.生成物的百分含量增大 C.平衡常數(shù)K增大

（4）其他條件相同，在甲、乙兩種不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)測得CH4轉(zhuǎn)化率與溫度變化關(guān)系如圖Ⅱ，C點(diǎn)___________________（填“可能”、“一定”或“一定未”）達(dá)到平衡狀態(tài)，理由是_____________；CH4的轉(zhuǎn)化率b點(diǎn)高于a點(diǎn)的可能原因是_________________________________。

Answer 1

【答案】減小 +249.1 > 1.872 C 一定未 催化劑不會(huì)改變平衡轉(zhuǎn)化率，乙催化劑c點(diǎn)未與甲催化劑同樣溫度的點(diǎn)相交，轉(zhuǎn)化率不相等，說明c點(diǎn)不是平衡轉(zhuǎn)化率 b和a兩點(diǎn)反應(yīng)都未達(dá)平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高（或其它合理答案）

【解析】

（1）降低溫度，降低反應(yīng)混合物中分子所具有的能量；

反應(yīng)焓變△H=生成物的反應(yīng)焓之和-反應(yīng)物的反應(yīng)焓之和；

（2）①根據(jù)圖Ⅰ，T1的溫度高于T2，速率大；

②由圖，A點(diǎn)甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，算出分壓，代入公式計(jì)算；

（3）A.正反應(yīng)速率增大，如逆速率同等程度地增加，平衡不移動(dòng)；

B.向反應(yīng)體系中投入某生成物，生成物的百分含量增大，但平衡逆向移動(dòng)；

C.平衡常數(shù)K增大，平衡正向進(jìn)行的程度增大；

（4）其他條件相同，在甲、乙兩種不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)測得CH4轉(zhuǎn)化率與溫度變化關(guān)系如圖Ⅱ，C點(diǎn)一定未達(dá)到平衡狀態(tài)，理由是催化劑不會(huì)改變平衡轉(zhuǎn)化率，乙催化劑c點(diǎn)未與甲催化劑同樣溫度的點(diǎn)相交，轉(zhuǎn)化率不相等，說明c點(diǎn)不是平衡轉(zhuǎn)化率；

CH4的轉(zhuǎn)化率b點(diǎn)高于a點(diǎn)的可能原因是：b和a兩點(diǎn)反應(yīng)都未達(dá)平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高（或其它合理答案）。

（1）降低溫度，降低反應(yīng)混合物中分子所具有的能量，該反應(yīng)速率會(huì)減��；

CH 4（g）與CO 2（g）反應(yīng)生成CO（g）和H 2（g）的方程式：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g），CO2（g）、CH4（g）、CO（g）的摩爾生成焓分別為-395 kJ/mol、-74.9 kJ/mol、-110.4 kJ/mol。根據(jù)此定義，穩(wěn)定單質(zhì)的摩爾生成焓為0，反應(yīng)焓變△H=2×（-110.4KJ·mol－1）-[（-395KJ·mol－1）+（-74.9KJ·mol－1）]=+249.1kJ·mol－1，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H=+249.1kJ·mol－1。

（2）①根據(jù)圖Ⅰ，T1的溫度高于T2，A點(diǎn)處v正>B點(diǎn)處；

②由圖，A點(diǎn)甲烷的轉(zhuǎn)化率為40%，結(jié)合方程式CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g），p（CH4）=20KPa×（1-40%）=12kPa=p（CO2），CO的生成速率v生成（CO）=1.3×10-2·p（CH4）·p（CO2）mol·g-1·s-1，A點(diǎn)處v生成（CO）=1.3×10-2×12×12mol·g-1·s-1=1.872mol·g-1·s-1。

（3）A.正反應(yīng)速率增大，如逆速率同等程度地增加，平衡不移動(dòng)，故A不符；

B.向反應(yīng)體系中投入某生成物，生成物的百分含量增大，但平衡逆向移動(dòng)，故B不符；

C.平衡常數(shù)K增大，平衡正向進(jìn)行的程度增大，故C符合；

故選C。

（4）其他條件相同，在甲、乙兩種不同催化劑作用下，相同時(shí)間內(nèi)測得CH4轉(zhuǎn)化率與溫度變化關(guān)系如圖Ⅱ，C點(diǎn)一定未達(dá)到平衡狀態(tài)，理由是催化劑不會(huì)改變平衡轉(zhuǎn)化率，乙催化劑c點(diǎn)未與甲催化劑同樣溫度的點(diǎn)相交，轉(zhuǎn)化率不相等，說明c點(diǎn)不是平衡轉(zhuǎn)化率；

CH4的轉(zhuǎn)化率b點(diǎn)高于a點(diǎn)的可能原因是：b和a兩點(diǎn)反應(yīng)都未達(dá)平衡，b點(diǎn)溫度高，反應(yīng)速率快，相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率高（或其它合理答案）。