Question

6．碳及其化合物在人類生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用非常廣泛．“低碳生活”不再只是一種理想，更是一種值得期待的生活方式．
（1）已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）?2CO（g）+4H₂O（l）△H₁=-1214.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
則甲烷與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ/mol．
（2）已知在恒溫恒壓下密閉容器的可逆反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
①該可逆反應(yīng)一定達(dá)到平衡的標(biāo)志是CD．
A．v（CH₄）_正=3v（H₂）_逆
B．水蒸氣的濃度與一氧化碳的濃度相等
C．平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化
D．密度不隨時(shí)間的變化而變化
②該可逆反應(yīng)在不同條件下，測(cè)得CH₄轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化如圖所示，與實(shí)驗(yàn)a相比，b的實(shí)驗(yàn)條件是增加了催化劑．
（3）將不同物質(zhì)的量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；△H得到如表三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3
3	900	a	b	c	D	t

①實(shí)驗(yàn)1中以v（H₂）表示的反應(yīng)速率為0.16mol•（L•min^-1）．
②實(shí)驗(yàn)2中的平衡常數(shù)是0.17（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．
③該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
④若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），則a、b應(yīng)滿足的關(guān)系是b=2a或a：b=1：2（用含a、b的式子表示）．

Answer 1

分析 （1）①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）；△H₁=-1214.6kJ/mol；
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，$\frac{①+②}{2}$計(jì)算得到；
（2）①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：正逆反應(yīng)速率相等、各組分的濃度不隨時(shí)間的變化而變化以及密度和平均相對(duì)分子質(zhì)量的公式進(jìn)行判斷；
②根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率以及平衡移動(dòng)的因素來分析；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，H₂的物質(zhì)的量變化量為1.6mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂）；
②根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}$結(jié)合三行式計(jì)算K；
③根據(jù)溫度和K的變化關(guān)系確定反應(yīng)的吸放熱；
④根據(jù)等效平衡原理來確定．

解答 解：（1）已知①2CH₄（g）+3O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）；△H₁=-1214.6kJ/mol；
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₂=-566kJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，$\frac{①+②}{2}$得CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3 kJ/mol；
（2）A．3v（CH₄）_正=v（H₂）_逆才能說明正逆反應(yīng)速率相等，故A錯(cuò)誤；
B．水蒸氣的濃度與一氧化碳的濃度相等，不能說明達(dá)到了平衡，故B錯(cuò)誤；
C．平均相對(duì)分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量守恒，但是物質(zhì)的量是變化的，當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化，達(dá)到了平衡，故C正確；
D．根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，質(zhì)量守恒，恒溫恒壓下體積變化，所以密度變化，當(dāng)密度不隨時(shí)間的變化而變化，證明達(dá)到了平衡，故D正確；
故答案為：CD；
②CH₄轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化b曲線與實(shí)驗(yàn)a相比，反應(yīng)速率加快了，但是平衡沒變，所以是增加了催化劑的原因，故答案為：增加了催化劑；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，H₂的物質(zhì)的量變化量為0.4mol，v=$\frac{△c}{△t}$得到v（H₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol•（L•min^-1），故答案為：0.16mol•（L•min^-1）；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始量：1          2                 0            0
變化量：0.4       0.4            0.4          0.4
平衡量：0.6      1.6            0.4           0.4
根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.6×1.6}$=0.17，
故答案為：0.17；
③實(shí)驗(yàn)1中 CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）；
初始量：2         4                  0                0
變化量：1.6       1.6              1.6              1.6
平衡量：0.4      2.4             1.6              1.6
根據(jù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）•c（H{\;}_{2}）}{c（CO）•c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{1.6×1.6}{0.4×2.4}$=2.67＞0.17，所以溫度升高，K減小，逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，即△H＜0，
故答案為：＜；
④若實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2相同的平衡狀態(tài)（即各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別相等），只要投料等比即等效，所以a：b=1：2或b=2a，
故答案為：b=2a或a：b=1：2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算應(yīng)用，難度中等，注意對(duì)知識(shí)的理解與掌握，是對(duì)學(xué)生能力的考查．