(10分)氫氣是一種清潔、高效的新型能源。

I.用甲烷制取氫氣的反應(yīng)分為兩步,其能量變化如下圖所示:

(1)甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是 。

II.在容積為1L的密閉容器內(nèi),加入0.1molCO和0.1molH2O,在催化劑存在的條件下高溫加熱使其反應(yīng)。測得CO2的濃度隨時間變化的圖像如下圖:

(2)在該溫度下,從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時,CO的平均反應(yīng)速率為 ;

(3)下列改變中,能使平衡向正反應(yīng)方向移動的是 。

A.升高溫度 B.增大壓強(qiáng)

C.增大H2O(g)的濃度 D.減少CO2(g)的濃度

(4)保持溫度不變,若起始時c(CO)=1mol·L—1, c(H2O)=2 mol·L—1,反應(yīng)進(jìn)行一段時間后,測得H2的濃度為0.4 mol·L—1。通過計(jì)算,判斷此時該反應(yīng)進(jìn)行的方向并說明理由: 。

 

(1)CH4(g) + 2H2O(g) = 4H2(g) + CO2(g) ΔH=—136.5 kJ·mol-1;(2)0.003 mol·L-1·min-1 (3)CD;(4)正方向,所以該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。

【解析】

試題分析:(1)根據(jù)第一步反應(yīng)過程可以得出:CH4(g)+H2O(g)=3H2(g)+CO(g),△H=-103.3kJ?mol-1;根據(jù)第二步反應(yīng)過程可以得出:CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g),△H=-33.2kJ?mol-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=-136.5 kJ?mol-1故答案為:CH4(g)+2H2O(g)=4H2(g)+CO2(g)△H=-136.5 kJ?mol-1;(2)根據(jù)第二步反應(yīng)過程可以得出:CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g),△H=-33.2kJ?mol-1;v(CO2)===0.003mol/(L.min),根據(jù)同一時間段內(nèi)同一可逆反應(yīng)中,各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算一氧化碳的平均反應(yīng)速率,所以v(CO)=v(CO2)=0.003mol/(L.min),故答案為:0.003 mol?L-1?min-1;(3)CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g),△H=-33.2kJ?mol-1,A.升高溫度單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目增多,反應(yīng)速率增大,平衡向吸熱反應(yīng)方向移動,該反應(yīng)逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng),所以平衡逆向移動,故A錯誤; B.該反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變,壓強(qiáng)變化不影響平衡移動,故B錯誤;C.水為反應(yīng)物,增大H2O(g)的濃度,反應(yīng)速率增大,平衡向降低H2O(g)濃度的方向移動,所以平衡正向移動,故C正確;D.CO2(g)為生成物,減少CO2(g)的濃度,平衡向減弱CO2(g)濃度降低的方向移動,所以平衡正向移動,故D正確;故答案為:CD;(4)利用三段式法計(jì)算,

CO(g)+ H2O(g) ? CO2(g)+ H2(g)

起始:1 mol?L-1 2 mol?L-1 0 0

轉(zhuǎn)化:0.4 mol?L-1 0.4mol?L-1 0.4 mol?L-1 0.4 mol?L-1

平衡:0.6 mol?L-1 1.6 mol?L-1 0.4 mol?L-1 0.4 mol?L-1

濃度商Qc═,所以該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動.考點(diǎn):化學(xué)平衡的移動、化學(xué)平衡常數(shù)

 

練習(xí)冊系列答案
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