Question

（14分）研究CO2與CH4的反應使之轉化為CO和H2，對減緩燃料危機，減少溫室效應具有重要的意義。

（1）已知：①2CO(g)+O2（g）＝2CO2(g)　△H＝－566 kJ·mol-1

②2H2(g)+O2（g）＝2H2O(g)　△H＝－484kJ·mol-1

③CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(g)　△H＝－802kJ·mol-1

則CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　△H＝　　kJ·mol-1

（２）在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1mol·Ｌ-1的CH4與CO2，在一定條件下發(fā)生反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，測得CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示。

?據(jù)圖可知，P1 、P2、 P3 、P4 由大到小的順序　　。

?在壓強為P4、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡點X，則用CO表示該反應的速率為 。該溫度下，反應的平衡常數(shù)為 �！�

（3）CO和H2在工業(yè)上還可以通過反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)來制取。

①在恒溫恒容下，如果從反應物出發(fā)建立平衡，可認定平衡已達到的是

A．體系壓強不再變化 B．H2與CO的物質的量之比為1 ：1

C．混合氣體的密度保持不變 D. 氣體平均相對分子質量為15，且保持不變

② 在某密閉容器中同時投入四種物質，2min時達到平衡，測得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、

2.2molH2(g)和一定量的C(s)，如果此時對體系加壓，平衡向 （填“正”或“逆”）反應方向移動，第5min時達到新的平衡，請在下圖中畫出2～5min內容器中氣體平均相對分子質量的變化曲線。

 

 

Answer 1

（1）+248

（2）①P4> P3> P2> P1 ；②0.032mol?L-1?min-1 ； 1.64 ；（3）① AC ② 逆

【解析】

試題分析：（1）③－①－②，整理可得CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　△H＝+248KJ/mol。（2）①據(jù)圖可知，甲烷在P1 、P2、 P3 、P4 的轉化率的關系是P1 > P2> P3> P4。由于反應CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)的正反應是氣體體積增大的反應，根據(jù)平衡移動原理，減小壓強，平衡向氣體體積增大的反應方向即向正反應方向移動。所以這幾種條件下的壓強由大到小的順序P4> P3> P2> P1。②在壓強為P4、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡點X，此時甲烷的轉化率為80%，所以c(CO)=2×0.08=0.16mol/L則v(CO)= 0.016mol/L÷5min=0.032mol/(L·min). 該溫度下，反應的平衡常數(shù)為.(3) ① A．由于該反應是反應前后氣體體積不等的反應，若反應未達到平衡，則容器的壓強就要發(fā)生變化，所以體系壓強不再變化，能證明反應達到平衡。正確。B．在任何時刻都存在關系：H2與CO的物質的量之比為1 ：1，因此不能作為判斷平衡的標志。錯誤。C．由于反應物有固體參加，若反應未達到平衡，則氣體的密度就要增大或減小，若達到平衡，氣體的密度就不會發(fā)生變化。因此混合氣體的密度保持不變可以證明反應達到平衡的標志。正確。D. 若氣體完全是CO與氫氣，由于生成的二者的物質的量的比為1:1，氣體平均相對分子質量為15，若氣體完全是水蒸氣，則氣體的相對分子質量為18，由于可逆反應達到平衡狀態(tài)時是三者的共同體，所以氣體的平均相對分子質量應該在15～18，且保持不變。錯誤。②對于C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)，若增大壓強，根據(jù)平衡移動原理，應該向氣體體積減小的方向就是向逆反應方向移動。在第2分鐘時混合氣體的平均相對分子質量為：。第5min時達到新的平衡，假如生成物完全轉化為反應物，則混合氣體的物質的量減小1mol,質量減輕12g,所以混合氣體的相對分子質量不變，的平均相對分子質量仍然是12。2～5min內容器中氣體平均相對分子質量的變化曲線如圖：

。

考點：考查蓋斯定律的應用、化學反應速率的計算、化學平衡常數(shù)的表達式、化學平衡狀態(tài)的判斷、影響化學平衡的因素、相對分子質量與壓強的關系的知識。