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CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H＝＋248kJ·mol－1、△S＝310J mol-1·K-1，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的溫度范圍為____。

（2）在密閉恒容容器中通入物質(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)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①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___________。

②在壓強(qiáng)為P3、1000℃的條件下，該反應(yīng)5min時(shí)達(dá)到平衡點(diǎn)Y，則用CO表示該反應(yīng)的速率為_____，該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為_________（保留3位有效數(shù)字）。

（3）CO和H2在工業(yè)上還可以通過(guò)反應(yīng)C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2 (g)來(lái)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．體系壓強(qiáng)不再變化 B．H2、CO和H2O的物質(zhì)的量之比為1:1:1

C．混合氣體的密度保持不變 D．混合氣體中H2O的百分含量保持不變

②在某體積可變的密閉容器中同時(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）和足量的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】大于800K 較大的壓強(qiáng)和溫度能加快合成速率，提高生產(chǎn)效率 0.036mol·L－1·min－1 10.5 ACD 逆 12 g/mol

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行分析；

（2）①根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡狀態(tài)的影響分析；

②根據(jù)計(jì)算用CO表示該反應(yīng)的速率；利用“三段式”計(jì)算平衡常數(shù)。

（3）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些變量也不再變化，據(jù)此解答；

②根據(jù)增大壓強(qiáng)，平衡向著氣體體積減小的方向移動(dòng)來(lái)分析；根據(jù)=計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量。

（1）根據(jù)，，所以800K；

（2）①溫度越高，反應(yīng)速率、CH4的平衡轉(zhuǎn)化率都增大，增大壓強(qiáng)CH4的平衡轉(zhuǎn)化率降低，但反應(yīng)速率增大，能提高生產(chǎn)效率，所以工業(yè)生產(chǎn)時(shí)一般會(huì)選用P4和1250℃進(jìn)行合成；

②

CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)

開(kāi)始 0.1 0.1 0 0

轉(zhuǎn)化 0.09 0.09 0.18 0.18

平衡 0.01 0.01 0.18 0.18

0.036mol·L－1·min－1；

10.5

（3）①A．該反應(yīng)過(guò)程中氣體物質(zhì)的量增大，體系壓強(qiáng)增大，體系壓強(qiáng)不再變化一定平衡，故選A；

B．H2、CO和H2O的物質(zhì)的量之比為1:1:1時(shí)，濃度不一定不再改變，所以不一定平衡，故不選B；

C．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量是變量，所以密度是變量，若混合氣體的密度保持不變反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故選C；

D．反應(yīng)過(guò)程中混合氣體中H2O的百分含量是變量，若保持不變，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故選D。

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)；設(shè)達(dá)到新平衡后有XmolH2被消耗，則有：

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）

起始量（mol） 1 1 2.2

轉(zhuǎn)變量（mol） X XX
剩余量（mol）（1+X）（1-X） （2.2-X）
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。