Question

（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： 。

 

Answer 1

（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)