Question

【題目】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）ΔH＝－566kJ·mol－1

②2H2（g）＋O2（g）=2H2O（g）ΔH＝－484kJ·mol－1

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

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

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

據(jù)圖可知，p1、p2、p3、p4由大到小的順序是 。在壓強為p4、1100 ℃的條件下，該反應在5 min時達到平衡點X，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，可認定反應已達到平衡的是__________。

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，2 min時達到平衡，測得容器中有1 mol H2O（g）、1 mol CO（g）、2.2 molH2（g）和一定量的C（s），若此時對體系加壓，則平衡向 （填“正”或“逆”）反應方向移動，第5 min時達到新的平衡，請在右圖中畫出2～5 min容器中氣體平均相對分子質量的變化曲線。

Answer 1

【答案】

（1）+248；

（2）P4＞P3＞P2＞P1；1.64；

（3）①AC；

②逆；。

【解析】

試題分析：（1）已知反應①2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJmol-1，

②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484kJmol-1，

③CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g） △H=-802kJmol-1，

根據(jù)蓋斯定律，將③-①-②可得：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）

△H=（-802kJmol-1）-（-566kJmol-1） -（-484kJmol-1）=+248KJ/mol，故答案為：+248；

（2）由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉化率α（P1）＞α（P2）＞α（P3）＞α（P4），該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應進行，甲烷的轉化率降低，故壓強P4＞P3＞P2＞P1；由圖1可知，壓強為P4、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡X點，是甲烷的轉化率為80%，甲烷的濃度變化量為0.1mol/L×80%=0.08mol/L，

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，故答案為：P4＞P3＞P2＞P1；1.64；

（3）①A、正反應方向是個氣體體積增大的方向，故隨著反應的進行，平衡之前，體系壓強會增大，故一旦當體系壓強不變，說明反應達平衡，故A正確；B、CO與H2的化學計量數(shù)為1：1，反應數(shù)值按物質的量比為1：1進行，不能說明到達平衡，故B錯誤；C、混合氣體的密度ρ=，容器恒容，即V不變，隨著反應的進行，混合氣體的質量m增大，故ρ增大，一旦當ρ不變時，說明反應達平衡，故C正確；D、反應混合物的總質量不變，隨反應進行，反應混合物的總的物質的量增大，平均相對分子質量減小，混合氣體的平均相對分子質量不發(fā)生變化，說明到達平衡，但達平衡時，平均相對分子質量不一定是15，故D錯誤；故選AC；

②根據(jù)勒沙特列原理可知，增大壓強，平衡向著氣體體積減小的方向移動，此反應的逆反應方向是個氣體體積減小的方向，故增大壓強，向逆反應方向移動；在第2min時，混合氣體的平均相對分子質量即平均摩爾質量===12g/mol。設在第2～5min期間的任何時刻，有XmolH2被消耗，則有：

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g/span>）

初始量（mol）1 1 2.2

轉變量（mol）X X X

剩余量（mol）（1+X） （1-X） （2.2-X）

混合氣體的平均相對分子質量即平均摩爾質量===12，故可知在2～5min期間的任意時刻，混合氣體的平均相對分子質量不變，一直是12，故可得2～5min內容器中氣體平均相對分子質量的變化曲線為，故答案為：逆；。