Question

【題目】CO、H2 是重要的工業(yè)原料，在高溫、催化劑存在的條件下，可用甲烷 和水蒸氣為原料制取它：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH0

（1）已知：

① 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=-484kJ·mol-1

② CH4(g)+1.5O2(g)=CO(g)+2H2O(g) ΔH2=-564kJ·mol-1。

則ΔH0 =_____。

（2）一定溫度下，將一定量甲烷與水蒸氣的混合氣體置于某密閉容器中發(fā)生反應(yīng) 生成 CO、H2，測(cè)得反應(yīng)體系中平衡時(shí)的某種量值 X 與溫度(T)、壓強(qiáng)(P)之間的關(guān)系如圖 所示：

若 X 表示 CH4 的百分含量，則 T1_________T2（填“>”“<”“無法確定”，下同），X 還可 以表示_____（在下列選項(xiàng)中選填序號(hào)）,a、b 兩點(diǎn)的平衡常數(shù) K(a) ____K(b)。

A．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量 B．CO 的產(chǎn)率 C．ΔH 值

（3）若在 T3 時(shí)將 4mol H2O(g)與 a mol CH4 置于 2L 恒容密閉容器中，測(cè)得 CO 的 濃度(mol/L)與時(shí)間 t(min)的關(guān)系如圖 所示。

①反應(yīng) 4min 后達(dá)平衡， 反應(yīng) 4min 內(nèi)用 H2濃度變化表示的反應(yīng)速率 v(H2)=__________________

②若在第 5 分鐘時(shí)改變條件，CO 濃度變化曲線如圖 所示，則改變條件可能是____________

（4）從焓變角度上看，反應(yīng) CO2(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+O2(g)_____（填“具 有”或“不具有”）自發(fā)性。

Answer 1

【答案】+162 kJ/mol > A < 1.125mol/(L·min) 增加CO的量 不具有

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的焓變；

（2）CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡正向移動(dòng)，CH4(g)的百分含量降低；正反應(yīng)氣體系數(shù)和增大，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)。

（3）①根據(jù)計(jì)算反應(yīng)速率；

②由圖象可知，反應(yīng) 4min 后達(dá)平衡，若在第 5 分鐘時(shí)改變條件，CO 濃度先突然增大后逐漸減��；

（4）吸熱反應(yīng)不易發(fā)生；

(1) ① 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=-484kJ·mol－1

② CH4(g)+1.5O2(g)=CO(g)+2H2O(g) ΔH2=-564kJ·mol－1。

根據(jù)蓋斯定律②－①× 得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH0 =-564kJ·mol－1－(-484kJ·mol－1)× =+162 kJ/mol。

（2）CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡正向移動(dòng)，溫度越高CH4(g)的百分含量越低，所以T1>T2；

A．增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，所以X 還可以表示混合氣體的平均摩爾質(zhì)量；

B．增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，CO 的產(chǎn)率降低，所以X不能表示CO 的產(chǎn)率；

C．ΔH只與熱化學(xué)方程式的系數(shù)有關(guān)，增大壓強(qiáng)ΔH值不變，所以X不能表示ΔH值；故選A；

平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應(yīng)吸熱，升高溫度平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，T1>T2，所以K(a) <K(b)；

（3）①反應(yīng) 4min 內(nèi)CO的濃度變化量為1.5mol/L，所以H2濃度變化量為4.5mol/L， 1.125mol/(L·min)；

②由圖象可知，反應(yīng) 4min 后達(dá)平衡，若在第 5 分鐘時(shí)改變條件，CO 濃度先突然增大后逐漸減小，則改變條件可能是增加CO的量；

（4）CO、H2的燃燒放熱，所以CO2(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+O2(g)正反應(yīng)吸熱，吸熱反應(yīng)不易發(fā)生， 所以CO2(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+O2(g)不具有自發(fā)性。