Question

【題目】甲烷在日常生活及有機合成中用途廣泛。某研究小組研究甲烷在高溫下氣相裂解反應的原理及其應用。

(1)已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O △H=- Q1kJ·mol-1

C2H2(g)+O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H=- Q2kJ·mol-1

H2(g)+ O2=(g)=H2O(l) △H=- Q3kJ·mol-1

則甲烷氣相裂解反應：2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的△H=____________kJ·mol-1

(2)該研究小組在研究過程中得出當甲烷分解時，幾種氣體平衡時分壓(Pa)與溫度(℃)的關系如圖所示。

①T1℃時，向2L恒容密閉容器中充入0.3molCH4，發(fā)生反應2CH4(g) C2H6(g)+2H2 (g)，達到平衡時，測得c(C2H4)=c(CH4)。該反應達到平衡時，CH4的轉化率為_________________。

②對上述平衡狀態(tài)，若改變溫度至T2℃，經(jīng)10s后再次達到平衡，c(CH4)=2c(C2H4)，則10s內C2H4平均反應速率r(C2H4) =__________，上述變化過程中T1______T2(填“>”或“<”)，判斷理由是_________________。

③對于容器中發(fā)生的2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)，列式計算該反應在圖中A點溫度時的平衡常數(shù)K_____(用平衡分壓代替平衡濃度)；(已知1g0.05=-1.3)。若只改變一個反應條件使該反應的平衡常數(shù)的K值變大。則該條件是：_________(填序號)

A.可能減小了C2H2的濃度 B.一定是升高了溫度

C.可能增大了反應體系的壓強 D.可能使用了催化劑

Answer 1

【答案】 (3Q3+Q2-2Q1) 66.7% 0.00125mol·L-1·S-1 > 從圖象判斷出該反應為吸熱反應，對比T1℃到T2℃，CH4濃度增大，說明平衡逆向移動，則T1>T2 5×104 B

【解析】本題主要考查影響化學平衡的外界因素及有關化學平衡的計算。

(1)將已知熱化學方程式分別表示為①、②、③，3③+②-2①得甲烷氣相裂解反應：2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的△H=(3Q3+Q2-2Q1)kJ·mol-1。

(2) ①達到平衡時，由碳元素守恒可得c(C2H4)=c(CH4)=0.1mol，CH4的轉化率為0.2mol/0.3mol=66.7%。

②由碳元素守恒可得c(CH4)=2c(C2H4)=0.15mol， r(C2H4)=r(CH4)/2=0.05/2/2/10mol·L-1·S-1=0.00125mol·L-1·S-1，上述變化過程中T1>T2，判斷理由是從圖象判斷出該反應為吸熱反應，對比T1℃到T2℃，CH4濃度增大，說明平衡逆向移動，則T1>T2。

③該反應在圖中A點溫度時CH4(g)、C2H2(g)、H2(g)的平衡分壓分別為103、0.05、104，2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)，對應的平衡常數(shù)K=1012×0.05/106= 5×104。

若只改變一個反應條件使該反應的平衡常數(shù)的K值變大。則該條件是：B。理由：A.溫度不變，K不變；B. 從圖象判斷出該反應為吸熱反應，升溫平衡右移，K增大；C. 溫度不變，K不變；D. 溫度不變，K不變。故選B。