Question

2．（1）CO₂和CH₄是兩種重要的溫室氣體，通過CH₄和CO₂的反應(yīng)，制造更高價(jià)值的化學(xué)品是目前的研究目標(biāo)．250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，發(fā)生如下反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
①此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）^{2}×c（{H}_{2}）^{2}}{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{4}）}$．
②已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1
       CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=+2.8kJ•mol^-1
       2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
反應(yīng)CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的△H=+247.3kJ•mol^-1kJ•mol^-1；
（2）能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，
下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷△H＜0　（填“＞”、“=”或“＜”）．
②300℃時(shí)，將2molCO、3molH₂和2molCH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時(shí)反應(yīng)將A．
A．向正方向移動(dòng)　　　B．向逆方向移動(dòng)　　　C．處于平衡狀態(tài)　　　D．無法判斷
③下列能說明上述反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是C
A．恒溫恒容下，混合氣體的密度不在變化
B．達(dá)平衡時(shí)，v（CO）：v（H₂）：v（CH₃OH）=1：2：1
C．達(dá)平衡時(shí)，CH₃OH濃度不再變化
D．單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)nmolCO同時(shí)生成2nmolH₂．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積回答；
②已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ•mol^-1 ②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△，據(jù)此計(jì)算；
（2）①依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進(jìn)行；
②計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
③化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷．

解答 解：（1）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（CO）^{2}×c（{H}_{2}）^{2}}{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{4}）}$；
故答案為：$\frac{c（CO）^{2}×c（{H}_{2}）^{2}}{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{4}）}$；
②已知CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-890.3kJ•mol^-1 ①
CO（g）+H₂O （g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H=2.8kJ•mol^-1 ②
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1 ③
根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2-③×2得，CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=-890.3kJ•mol^-1+2.8kJ•mol^-1×2+566.0kJ•mol^-1×2=+247.3 kJ•mol^-1，
故答案為：+247.3 kJ•mol^-1；
（2）①依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進(jìn)行正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0；
故答案為：＜；
②在300℃時(shí)，將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），濃度商Q=$\frac{2}{2×{3}^{2}}$=$\frac{1}{9}$＜K=0.270，反應(yīng)正向進(jìn)行；
故答案為：A；
③A．容器體積不變，氣體質(zhì)量不變，密度始終不變，所以密度不變不能作為反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故A錯(cuò)誤；
B．無論是否平衡，均存在v（CO）：v（H₂）：v（CH₃OH）=1：2：1，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，故B錯(cuò)誤；
C．達(dá)到平衡時(shí)，各反應(yīng)物的濃度保持不變，所以達(dá)平衡時(shí)，CH₃OH濃度不再變化，故C正確；
D．單位時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)nmolCO同時(shí)生成2nmolH₂，均為逆反應(yīng)速率，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，所以不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：C．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式、反應(yīng)的熱效應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等，根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的大小來判斷反應(yīng)的進(jìn)行方向是關(guān)鍵，題目難度中等．