Question

CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．制取CO和H₂的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖3所示．

（1）寫出CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）CO和H₂可以合成二甲醚，化學(xué)方程式為3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H＜0．
如果上述反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)K值變大，則該反應(yīng)

 

（選填編號(hào)）．
A．一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)       B．在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小
C．一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)       D．在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大
（3）一定條件下，可以由CO₂（g）和H₂（g）合成CH₄（g），同時(shí)還生成H₂O（g）．
①向一容積為2L的恒容密閉容器中充人一定量的CO₂和H₂，在300℃時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)，10min達(dá)到平衡時(shí)部分物質(zhì)的濃度如圖1所示：用CH₄表示達(dá)到平衡時(shí)的正反應(yīng)速率

 

，起始充H₂的物質(zhì)的量為

 

，該溫度下的平衡常數(shù)等于

 

．
②圖2表示H₂在建立平衡過程中的速率時(shí)間圖，若現(xiàn)在20min時(shí)擴(kuò)大容器體積，并在30min時(shí)又達(dá)到狀態(tài)，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出H₂的逆反應(yīng)方向速率時(shí)間圖象．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)反應(yīng)速率變化曲線及其應(yīng)用

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)K值變大，即平衡右移，必須通過降低溫度來分析；
（3）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，圖象中讀出平衡濃度，根據(jù)反應(yīng)速率V=

△C

△t

和平衡常數(shù)表達(dá)式來計(jì)算；
②反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在20min時(shí)擴(kuò)大容器體積，減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，正逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率減小的多，反應(yīng)逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)速率減小的小，隨反應(yīng)進(jìn)行氫氣逆反應(yīng)速率減小最后達(dá)到平衡狀態(tài)．

解答： 解：（1）由圖三可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol  ①
                   CO₂（g）=CO（g）+

1

2

O₂（g）△H=+282KJ/mol  ②
                    H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
將①+②-③×3可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=（-846.3KJ/mol）+（+282KJ/mol  ）-（-241.8KJ/mol ）×3=+161.1 kJ?mol^-1
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1 kJ?mol^-1；
（2）反應(yīng)3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H＜0，故若使平衡常數(shù)K值變大，則平衡右移，必須通過降低溫度才能實(shí)現(xiàn)．
A、平衡常數(shù)K值變大，平衡右移，故A正確；
B、平衡常數(shù)K值變大，平衡右移，須降低溫度，而降低溫度時(shí)正反應(yīng)速率一直減小，故B錯(cuò)誤；
C、平衡常數(shù)K值變大，平衡右移，故C錯(cuò)誤；
D、平衡常數(shù)K值變大，平衡右移，須降低溫度，而降低溫度時(shí)逆反應(yīng)速率開始減小，由于平衡右移，生成物的濃度后來增大，故逆反應(yīng)速率后來增大，故D正確．
故選AD；
（3）①平衡狀態(tài)c（H₂）=c（CH₄）=0.8mol/L，c（CO₂）=0.2mol/L；
               CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.0      4.0       0        0
變化量（mol/L） 0.8      3.2       0.8      1.6
平衡量（mol/L） 0.2      0.8       0.8      1.6
用CH₄表示達(dá)到平衡時(shí)的正反應(yīng)速率=

0.8mol/L

10min

=0.08 mol?L^-1?min^-1；
起始充H₂的物質(zhì)的量=4.0mol/L×2L=8mol；
平衡常數(shù)K=

0.8×1．62

0.2×0．84

=25；
故答案為：0.08 mol?L^-1?min^-1； 8 mol； 25； 
②CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在20min時(shí)擴(kuò)大容器體積，減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，正逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率減小的多，反應(yīng)逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)速率減小的小，隨反應(yīng)進(jìn)行氫氣逆反應(yīng)速率減小最后達(dá)到平衡狀態(tài)，氫氣的逆反應(yīng)速率如右圖CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在20min時(shí)擴(kuò)大容器體積，減小壓強(qiáng)，反應(yīng)速率減小，正逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率減小的多，反應(yīng)逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)速率減小的小，隨反應(yīng)進(jìn)行氫氣逆反應(yīng)速率減小最后達(dá)到平衡狀態(tài)，氫氣的逆反應(yīng)速率如右圖：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡有關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用，同時(shí)考查學(xué)生用數(shù)學(xué)知識(shí)解決化學(xué)問題的能力，難度較大，注意平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．