Question

18．利用甲烷與水反應(yīng)制備氫氣，因原料廉價(jià)產(chǎn)氫率高，具有實(shí)用推廣價(jià)值．
已知：①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1
（1）甲烷和水蒸氣生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=+163.9 kJ/mol．
（2）為了探究反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1的影響，某活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)曲線如圖所示

編號(hào)	溫度	壓強(qiáng)	c始（CO）	c始（H2O）
Ⅰ	530℃	3MPa	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1
Ⅱ	X	Y	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1
Ⅲ	630℃	5MPa	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1

①請(qǐng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線圖補(bǔ)充完整表格中的實(shí)驗(yàn)條件：X=530℃，Y=5MPa．
②實(shí)驗(yàn)Ⅲ從開始至平衡，其平均反應(yīng)速度率v （CO）=0.12mol•L^-1•min^-1．
③實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大于 實(shí)驗(yàn)Ⅲ達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率（填“大于”、“小于”或“等于”）．
④在530℃時(shí)，平衡常數(shù)K=1，若往1L容器中投入0.2mol CO（g）、0.2mol H₂O（g）、0.1mol CO₂（g）、0.1mol H₂（g），此時(shí)化學(xué)反應(yīng)將正向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變，可寫出熱化學(xué)方程式；
（2）①由圖表可知，曲線II和曲線I相比，平衡不移動(dòng)，只是縮短了反應(yīng)達(dá)平衡的時(shí)間，據(jù)此分析反應(yīng)II的條件；
②由圖象可知，CO的平衡濃度為0.4mol/L，即可知△c（CO）=0.6mol/L，根據(jù)反應(yīng)速率的公式求算；
③CO的平衡濃度越大，則其平衡轉(zhuǎn)化率越低；
④求出反應(yīng)的濃度商Qc，與K做比較即可．

解答 解：（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=+163.9 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=+163.9 kJ/mol；
（2）①由圖表可知，曲線II和曲線I相比，平衡不移動(dòng)，只是縮短了反應(yīng)達(dá)平衡的時(shí)間，故II和I不同的條件為壓強(qiáng)，且為增大壓強(qiáng)，故Y為5MPa，兩者的溫度應(yīng)相同，故X為530℃，故答案為：530；5；
②由圖象可知，CO的平衡濃度為0.4mol/L，即可知△c（CO）=0.6mol/L，根據(jù)反應(yīng)速率的公式V（CO）=$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol•L^-1•min^-1．
故答案為：0.12；
③CO的平衡濃度越大，則其平衡轉(zhuǎn)化率越低，故實(shí)驗(yàn)Ⅱ達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)Ⅲ達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率，故答案為：大于；
④若往1L容器中投入0.2mol CO（g）、0.2mol H₂O（g）、1mol CO₂（g）、0.1mol H₂（g），則此時(shí)反應(yīng)的濃度商Qc=$\frac{0.1mol/L×0.1mol/L}{0.2mol/L×0.2mol/L}$=0.25＜K，則此時(shí)反應(yīng)應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故答案為：正向．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素以及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)和常見題型，題目綜合性較強(qiáng)，難度適中．