Question

【題目】2019年10月22日，位于資陽市境內(nèi)的“安岳氣田”天然氣產(chǎn)量達(dá)到10.33億立方米，歷史性突破10億立方米大關(guān)。“安岳氣田”的開發(fā)，將惠及川渝地區(qū)天然氣供給，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。對(duì)天然氣的高效利用不僅能緩解大氣變暖，而且對(duì)日益枯竭的石油資源也有一定的補(bǔ)充作用。

(1)已知甲烷臨氧耦合CO2重整反應(yīng)有：

反應(yīng)I：2CH4(g)＋O2(g)2CO(g)＋4H2(g) △H＝－71.4 kJ·mol－1

反應(yīng)II：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H＝＋247.0 kJ·mol－1

已知斷裂1 mol化學(xué)鍵所需的能量：

①a＝_________。

②寫出表示CO燃燒熱的熱化學(xué)方程式：____________________________________。

(2)在兩個(gè)體積均為2L的恒容密閉容器中，起始時(shí)按表中相應(yīng)的量加入物質(zhì)，在溫度為753K下進(jìn)行(1)中反應(yīng)II(不發(fā)生其它反應(yīng))，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如下表所示：

①若容器A中反應(yīng)從開始到平衡所用的時(shí)間為t min，則t min內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為：v(CO2)＝_________(用含t的表達(dá)式表示)。

②溫度為753K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝_________；容器B中的反應(yīng)起始時(shí)將_________移動(dòng)(填“正向”、“逆向”或“不”)。

③該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，其他條件不變，若升高溫度，此時(shí)v正_________ v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

④當(dāng)容器A、B中的反應(yīng)均達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CO)滿足的關(guān)系：2n(CO)A______n(CO)B(填“>”、“＝”或“<”)。

(3)將CH4(g)和O2(g)以物質(zhì)的量比為4：3充入盛有催化劑的恒容密閉容器內(nèi)，發(fā)生(1)中反應(yīng)I，相同時(shí)間段內(nèi)測(cè)得CO的體積分?jǐn)?shù)[φ(CO)]與溫度(T)的關(guān)系如圖如示。

bc段CO的體積分?jǐn)?shù)[φ(CO)]降低的主要原因是____________________________________。

Answer 1

【答案】996.5 CO(g)＋1/2O2(g)= CO2(g) △H= -282.7 kJ·mol－1 0.25/t(mol·L-1·min-1) 1 逆向 > > b點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡后，因?yàn)檎�反�?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故溫度越高，CO的體積分?jǐn)?shù)就越小

【解析】

（1）①反應(yīng)II的△H＝E(反應(yīng)物的總鍵能)-E(生成物的總鍵能)；

②(反應(yīng)I)×(1/2)-( 反應(yīng)II)得：CO(g)＋1/2O2(g)= CO2(g)；

（2）①容器A中反應(yīng)從開始到平衡所用的時(shí)間為t min，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，可以計(jì)算出反應(yīng)中消耗CO2的物質(zhì)的量，然后計(jì)算出反應(yīng)速率；

②結(jié)合圖中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，計(jì)算出平衡時(shí)c(CH4)、c(CO2)、c(CO)、c(H2)，求出K；利用Qc與K的大小關(guān)系判斷v正、v逆大�。�

③因?yàn)樵摲磻?yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，其他條件不變，若升高溫度，平衡向正向移動(dòng)；

④由②可知當(dāng)容器A、B中的反應(yīng)均達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CO)滿足的關(guān)系；

（3）結(jié)合圖像和題中信息判斷。

（1）①反應(yīng)II的△H＝E(反應(yīng)物的總鍵能)-E(生成物的總鍵能)=(4×414+2×728)-(2a+2×436)= ＋247.0，a=996.5；

②(反應(yīng)I)×)-( 反應(yīng)II)得：CO(g)＋1/2O2(g)= CO2(g) △H＝(1/2) ×(－71.4 kJ·mol－1) -( ＋247.0 kJ·mol－1)= -282.7 kJ·mol－1；

（2）①容器A中反應(yīng)從開始到平衡所用的時(shí)間為t min，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，反應(yīng)中消耗CO2的物質(zhì)的量為0.5mol，v(CO2)＝(0.5mol)/[( 2L) ×(t min)]=0.25/t(mol·L-1·min-1)；

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，故平衡時(shí)n(CH4)=n(CO2)= 0.5mol，n(CO)=n(H2)=1mol，c(CH4)=c(CO2)==0.25mol/L，c(CO)=c(H2)==0.5mol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝(0.52×0.52)/(0.25×0.25)=1；容器B中的c(CH4)=c(CO2)= =0.5mol/L，c(CO)=c(H2)==1mol/L，Qc=(12×12)/(0.5×0.5)=4>K，故容器B中的反應(yīng)起始時(shí)將逆向移動(dòng)；

③因?yàn)樵摲磻?yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，其他條件不變，若升高溫度，平衡向正向移動(dòng)，v正> v逆；

④由②可知當(dāng)容器A、B中的反應(yīng)均達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CO)滿足的關(guān)系：2n(CO)A>n(CO)B；

（3）T2之前，反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，溫度越高，反應(yīng)速率越快，相同時(shí)間內(nèi)生成的CO越多，b點(diǎn)反應(yīng)達(dá)到平衡后，因?yàn)檎�反�?yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故溫度越高，CO的體積分?jǐn)?shù)就越小。