Question

【題目】天然氣是重要的化石能源，其綜合利用的研究意義重大。

已知；i.CH4(g)十H2O(g)CO(g)+3H2(g) H=+206kJmol-1；

ii.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) H=+165kJmol-1；

iii.C(s)十H2O(g)CO(g)十H2(g) H=+131.4kJmol-1。

請回答下列問題：

（1）若將物質(zhì)的量之比為1：1的CH4(g)和H2O(g)充入密閉容器中發(fā)生反應(yīng)i。CH4(g)和CO(g)的平衡體積分數(shù)(φ)與溫度(T)的關(guān)系如圖所示：

圖中表示CH4(g)的平衡體積分數(shù)與溫度關(guān)系的曲線為___(填“L1”或“L2”)，原因為__。

（2）合成氣的主要組分為CO和H2；以天然氣為原料生產(chǎn)的合成氣有多種方法，其中Sparg工藝的原理為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H1。T℃下，向容積可變的密閉容器中充入一定量的CH4(g)和CO2(g)，改變?nèi)萜黧w積，測得平衡時容器內(nèi)氣體的濃度如表所示：

①H1=__。

②T℃下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__。

③實驗1中，CO的平衡體積分數(shù)為__%(保留三位有效數(shù)字)。

④V1：V2=_。

（3）甲烷在高溫下分解生成的炭黑，是生成橡膠的重要原料，其分解原理為CH4(g)C(s)+2H2(g)。

①一定溫度下，將n1molCH4充入1L恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，tmin末容器內(nèi)壓強變?yōu)樵瓉淼?/span>1.6倍。tmin內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H2)=__(用含n1和t的代數(shù)式表示)。

②若控制溫度和壓強不變，充入CH4的物質(zhì)的量與平衡時H2的體積分數(shù)的關(guān)系如圖所示。充入n1molCH4時，平衡點位于A點，則充入n2molCH4時，平衡點位于__(填“B”“C”或“D”)點。

Answer 1

【答案】L2 反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向進行甲烷體積分數(shù)降低； +247kJ/mol 0.25 41.7 3：7 mol/（Lmin） C

【解析】

（1）反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，圖1中表示甲烷的平衡體積分數(shù)與溫度關(guān)系的曲線為L2；

（2）①由蓋斯定律計算H1

②T℃下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=，由圖表數(shù)據(jù)計算得到；

③實驗1中生成CO物質(zhì)的量濃度=0.10mol/L，平衡狀態(tài)下氣體總濃度=0.02mol/L+0.02mol/L+0.1mol/L+0.1mol/L=0.24mol/L，據(jù)此計算CO的平衡體積分數(shù)；

④平衡常數(shù)隨溫度變化，利用平衡常數(shù)列式計算，=0.25，x=0.005，假設(shè)平衡時的體積不變，將實驗1和實驗2中的平衡狀態(tài)利用極值可以得到，當(dāng)c（CO）=0mol/L時，實驗1中c（CH4）=0.07mol/L，實驗2中c（CH4）=0.03mol/L，而此時兩個虛擬容器中甲烷的物質(zhì)的量相同，物質(zhì)的量濃度之比等于體積的反比；

（3）①tmin②末容器內(nèi)壓強變?yōu)樵瓉淼?/span>1.6倍，氣體物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉淼?/span>1.6倍為1.6n1mol，其中n（H2）=1.2n1mol，tmin內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（H2）=；

②若控制溫度和壓強不變，只改變甲烷的物質(zhì)的量，平衡時氫氣的體積分數(shù)不變。

（1）圖1中表示甲烷的平衡體積分數(shù)與溫度關(guān)系的曲線為L2，原因是反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向進行甲烷體積分數(shù)降低，故答案為：L2；反應(yīng)i為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向進行甲烷體積分數(shù)降低；

（2）①已知：i．CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=+206kJmol-1；

ii．CH4（g）+2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）△H=+165kJmol-1；

蓋斯定律計算i×2-ii得到：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H1=+247kJ/mol，故答案：+247kJ/mol；

②T℃下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.25，故答案為：0.25；

③實驗1中生成CO物質(zhì)的量濃度=0.10mol/L，平衡狀態(tài)下氣體總濃度=0.02mol/L+0.02mol/L+0.1mol/L+0.1mol/L=0.24mol/L，CO的平衡體積分數(shù)=×100%=41.7%，故答案為：41.7；

④利用平衡常數(shù)列式計算，=0.25，x=0.005，假設(shè)平衡時的體積不變，將實驗1和實驗2中的平衡狀態(tài)利用極值可以得到，當(dāng)c（CO）=0mol/L時，實驗1中c（CH4）=0.07mol/L，實驗2中c（CH4）=0.03mol/L，而此時兩個虛擬容器中甲烷的物質(zhì)的量相同，則物質(zhì)的量濃度之比等于體積反比，V1：V2=3：7，故答案為：3：7；

（3）①tmin②末容器內(nèi)壓強變?yōu)樵瓉淼?/span>1.6倍，氣體物質(zhì)的量變?yōu)樵瓉淼?/span>1.6倍為1.6n1mol，其中n（H2）=1.2n1mol，tmin內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（H2）=mol/（Lmin），故答案為：mol/（Lmin）；

②若控制溫度和壓強不變，只改變甲烷的物質(zhì)的量，平衡時氫氣的體積分數(shù)不變，平衡點在C點，故答案為：C。