Question

【題目】研究CO2與CH4的反應(yīng)使之轉(zhuǎn)化為CO 和H2，對(duì)減緩燃料危機(jī)，減少溫室效應(yīng)具有重要的意義。

（1）已知該轉(zhuǎn)化反應(yīng)為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH，則加快該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率，應(yīng)采用的有效措施有___________________________（填寫兩種）。

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

①由圖可知，該反應(yīng)的ΔH_____0 （填寫“大于”或者“小于”），P1、P2、P3、P4由大到小的順序?yàn)?/span>_________________________。

②工業(yè)生產(chǎn)時(shí)一般會(huì)選用P4和1250℃進(jìn)行合成，請(qǐng)解釋其原因______________________________。

③在壓強(qiáng)為P4、1100℃的條件下，該反應(yīng)5min時(shí)達(dá)到平衡點(diǎn)X，則用CO表示該反應(yīng)的速率為_________________mol·L-1·min-1。

④該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)學(xué)表達(dá)式為K=_______，經(jīng)計(jì)算K的數(shù)值為K=_____________（保留3位有效數(shù)字），若要使K減小可采取的措施是_________________。

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

① 在恒溫恒容下，如果從反應(yīng)物出發(fā)建立平衡，可認(rèn)定已達(dá)平衡狀態(tài)的是_______________

A. H2、CO和H2O的物質(zhì)的量之比為1:1:1 B.體系壓強(qiáng)不再變化

C. 氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量不變 D.混合氣體的密度保持不變

② 在某密閉容器中同時(shí)投入四種物質(zhì)，2min時(shí)達(dá)到平衡，測(cè)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(shí)對(duì)體系加壓，平衡向_______(填“正”或“逆”)反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到新的平衡后，氣體的平均摩爾質(zhì)量為________________。

Answer 1

【答案】 使用催化劑；升溫；增大反應(yīng)物濃度；增大壓強(qiáng) 大于 P4>P3>P2>P1 較大的壓強(qiáng)和溫度能加快合成速率，提高生產(chǎn)效率 0.032 1.64 降溫 BCD 逆 12g/mol

【解析】(1)加快反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率，可以采用的有效措施有使用催化劑；升溫；增大反應(yīng)物濃度；增大壓強(qiáng)等，故答案為：使用催化劑；升溫；增大反應(yīng)物濃度；增大壓強(qiáng)；

(2)①由圖可知，升高溫度，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH大于0；溫度一定時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率α(P1)＞α(P2)＞α(P3)＞α(P4)，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強(qiáng)P4＞P3＞P2＞P1，故答案為：大于；P4>P3>P2＞P1；

②較大的壓強(qiáng)和溫度能加快合成速率，提高生產(chǎn)效率，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)一般會(huì)選用P4和1250℃進(jìn)行合成，故答案為：較大的壓強(qiáng)和溫度能加快合成速率，提高生產(chǎn)效率；

③由圖1可知，壓強(qiáng)為P4、1100℃的條件下，該反應(yīng)5min時(shí)達(dá)到平衡X點(diǎn)，是甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，甲烷的濃度變化量為0.1mol/L×80%=0.08mol/L，故v(CH4)= =0.016mol/(Lmin)，根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v(CO)=2v(CH4)=2×0.16mol/(Lmin)=0.032mol/(Lmin)，故答案為：0.032；

④ CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，

開始(mol/L)：0.1 0.1 0 0

變化(mol/L)：0.08 0.08 0.16 0.16

平衡(mol/L)：0.02 0.02 0.16 0.16

故該溫度下平衡常數(shù)k===1.64，若要使K減小，需要平衡逆向移動(dòng)，由于K只與溫度應(yīng)該，可以采取的措施是降溫，故答案為： ；1.64；降溫；

(3)①A、H2、CO和H2O的物質(zhì)的量之比為1:1:1，CO與H2的化學(xué)計(jì)量數(shù)為1：1，反應(yīng)數(shù)值按物質(zhì)的量比為1：1進(jìn)行，不能說明到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；B、正反應(yīng)方向是個(gè)氣體體積增大的方向，故隨著反應(yīng)的進(jìn)行，平衡之前，體系壓強(qiáng)會(huì)增大，故一旦當(dāng)體系壓強(qiáng)不變，說明反應(yīng)達(dá)平衡，故B正確；C、反應(yīng)混合物的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)混合物的總的物質(zhì)的量增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不發(fā)生變化，說明到達(dá)平衡，故C正確；D、混合氣體的密度ρ=，容器恒容，即V不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，混合氣體的質(zhì)量m增大，故ρ增大，一旦當(dāng)ρ不變時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)平衡，故D正確；故選BCD；

②根據(jù)勒沙特列原理可知，增大壓強(qiáng)，平衡向著氣體體積減小的方向移動(dòng)，此反應(yīng)的逆反應(yīng)方向是個(gè)氣體體積減小的方向，故增大壓強(qiáng)，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；在第2min時(shí)，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量即平均摩爾質(zhì)量===12g/mol，故答案為：逆；12g/mol。