Question

17．（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積固定為10L的反應(yīng)容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CH₄ （ g ）+H₂O （ g ）?CO （ g ）+3H₂ （ g ），測得在一定的壓強(qiáng)下CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1．

①該反應(yīng)的△H＞0（填“＞”“＜”或“=”）
②假設(shè)100℃時達(dá)到平衡所需的時間為3min，則用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為0.05mol/（L•min）．
③100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)的數(shù)值為0.0225．
④可用來判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志有AEF（填字母）．
A．CO的含量保持不變                  B．CH₄濃度與CO濃度相等
C．ν_正（CH₄）=3ν_逆（H₂）              D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的總物質(zhì)的量保持不變       F．混合氣體的壓強(qiáng)度保持不變
（2）生成甲醇的反應(yīng)：CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）△H=-129.0kJ/mol，按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是CD（填字母）．
A．溫度：T₁＞T₂＞T₃
B．正反應(yīng)速率：ν（a）＞ν（c）； ν（b）＞ν（d）
C．平衡常數(shù)：K（a）＞K（c）； K（b）=K（d）
D．平均摩爾質(zhì)量：M（a）＞M（c）； M（b）＞M（d）
（3）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法之一為：甲醇蒸氣重整法．該法中的一個主要反應(yīng)為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是該反應(yīng)是一個熵增的反應(yīng)．．

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越大；
②100℃時達(dá)到平衡所需的時間為3min，甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，則生成氫氣為1.5mol，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計算；
③CH₄ （ g ）+H₂O （ g ）?CO （ g ）+3H₂ （ g ）
開始  0.1            0.2                  0               0
轉(zhuǎn)化  0.05          0.05                0.05          0.15
平衡 0.05          0.15                0.05           0.15
結(jié)合平衡濃度計算K；
④結(jié)合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判定；
（2）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，轉(zhuǎn)化率越低；
B．a(chǎn)、c溫度不同，b、d壓強(qiáng)不同，溫度越大壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快；
C．K只與溫度有關(guān)，溫度越高，放熱反應(yīng)的K越��；
D．質(zhì)量不變，CO的轉(zhuǎn)化率越大，平衡后氣體的物質(zhì)的量越小，則M越大；
（3）由CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）可知，△H＞0，△S＞0，以此來解答．

解答 解：（1）①由圖可知，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越大，則升高溫度平衡正向移動，該反應(yīng)的△H＞0，故答案為：＞；
②100℃時達(dá)到平衡所需的時間為3min，甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，則生成氫氣為1.5mol，用H₂表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為$\frac{\frac{1.5mol}{10L}}{3min}$=0.05mol/（L•min），
故答案為：0.05；
③CH₄ （ g ）+H₂O （ g ）?CO （ g ）+3H₂ （ g ）
開始  0.1            0.2                  0               0
轉(zhuǎn)化  0.05          0.05                0.05          0.15
平衡 0.05          0.15                0.05           0.15
K=$\frac{0.05×0.1{5}^{3}}{0.05×0.15}$=0.0225，
故答案為：0.0225；
④A．CO的含量保持不變，為平衡狀態(tài)，故A選；                  
B．CH₄濃度與CO濃度相等，與轉(zhuǎn)化率、起始量有關(guān)，不能判斷平衡狀態(tài)，故B不選；
C．ν_正（CH₄）=3ν_逆（H₂），正逆反應(yīng)速率不等，故C不選；             
D．混合氣體的密度始終保持不變，不能判定平衡狀態(tài)，故D不選；
E．該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量不等的反應(yīng)，混合氣體的總物質(zhì)的量保持不變，為平衡狀態(tài)，故E選；      
F．該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量不等的反應(yīng)，混合氣體的壓強(qiáng)度保持不變，為平衡狀態(tài)，故F選；
故答案為：AE；
（2）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，轉(zhuǎn)化率越低，則溫度：T₂＞T₂＞T₁，故A錯誤；
B．a(chǎn)、c溫度不同，b、d壓強(qiáng)不同，溫度越大壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，則正反應(yīng)速率：ν（a）＜ν（c）、ν（b）＞ν（d），故B錯誤；
C．K只與溫度有關(guān)，溫度越高，放熱反應(yīng)的K越小，則平衡常數(shù)：K（a）＞K（c）、K（b）=K（d），故C正確；
D．質(zhì)量不變，CO的轉(zhuǎn)化率越大，平衡后氣體的物質(zhì)的量越小，則M越大，則平均摩爾質(zhì)量：M（a）＞M（c）、M（b）＞M（d），故D正確；
故答案為：CD；
（3）由CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）可知，△H＞0，△S＞0，△H-T△S＜0的反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，則此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是該反應(yīng)是一個熵增的反應(yīng) （△S＞0），故答案為：該反應(yīng)是一個熵增的反應(yīng)．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點(diǎn)，把握化學(xué)平衡三段法、平衡移動，反應(yīng)進(jìn)行方向為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，注意圖象與平衡移動的結(jié)合，題目難度不大．