Question

【題目】CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2資源化利用的有效途徑。主要反應(yīng)為

Ⅰ：CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol

（1）已知CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+206kJ/mol

寫出CH4和水蒸氣反應(yīng)生成CO2的熱化學(xué)方程式_________。

（2）在恒溫、恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)I，下列選項(xiàng)能夠說明反應(yīng)I達(dá)到平衡狀態(tài)的是______。

A.混合氣體的密度不變

B.混合氣體的總壓強(qiáng)不變

C.CH4、CO2、CO、H2的物質(zhì)的量之比為1:1:2:2

D.3V正(H2)=V逆(CH4)

E.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

（3）催化合成的溫度通常維持在550-750℃之間，從反應(yīng)速率角度分析其主要原因可能是_________。

（4）將CH4與CO2各1mol充入某密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)I。100Kpa時(shí)，反應(yīng)I到達(dá)平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系曲線如圖所示。

①圖中A、B、C三點(diǎn)表示不同溫度、壓強(qiáng)下達(dá)到平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)，則______點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)最小，判斷依據(jù)是________；__________點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)最大。

②300℃，100Kpa下，該容器中反應(yīng)I經(jīng)過40min達(dá)到平衡，計(jì)算反應(yīng)在0-40min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為v(CO2)=_________mol/min（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字），該溫度下的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=________。

（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165kJ/mol BE 在該溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性較大，反應(yīng)速率快（合理即給分） A 反應(yīng)I吸熱反應(yīng)，溫度降低，平衡常數(shù)減小 C 2.8×10-3 6.25KPa2

【解析】（1）已知：①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g) △H=+206kJ/mol

②CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律可知①×2－②即得到CH4和水蒸氣反應(yīng)生成CO2的熱化學(xué)方程式為CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165kJ/mol。（2）A. 密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此混合氣體的密度不變不能說明，A錯(cuò)誤；B.正反應(yīng)體積增大，則混合氣體的總壓強(qiáng)不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；C.CH4、CO2、CO、H2的物質(zhì)的量之比為1:1:2:2不能說明正逆反應(yīng)速率相等，則不一定處于平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；D.3V正(H2)=V逆(CH4)不能滿足反應(yīng)速率之比是化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；E. 混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E正確；答案選BE；（3）催化劑的活性受溫度影響較大，因此主要原因可能是在該溫度范圍內(nèi)，催化劑的活性較大，反應(yīng)速率快。（4）①由于反應(yīng)I吸熱反應(yīng)，溫度降低，平衡常數(shù)減小，所以A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)最小；C點(diǎn)溫度最高，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率最大，由于正反應(yīng)體積增大，則C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)最大。②根據(jù)方程式可知：

CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)

起始量（mol）1 1 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol）x x 2x 2x

平衡量（mol）1－x 1－x 2x 2x

300℃，100Kpa下平衡時(shí)CO2體積分?jǐn)?shù)是0.4，則，解得x＝1/9，則在0-40min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為v(CO2)=1/(9×40)＝2.8×10-3mol/min，該溫度下的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=＝6.25KPa2。