Question

【題目】(1)已知下列熱化學(xué)方程式：

CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H1=+260kJ/mol

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol

請寫出用CH4與O2反應(yīng)生成CO和H2的的熱化學(xué)方程式______________。

(2)在一定體積的密閉容器中，進行如下化學(xué)反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，其化學(xué)平衡常數(shù)K與t的關(guān)系如下表，請完成下列問題：

t/K	298	398	498
K/(mol/L)-2	4.1×106	K1	K2

①比較K1、K2的大小，K1__________K2(填寫“＞”“=”或“＜”)。

②下列各項能作為判斷該反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)的是_________(填序號字母)。

A.容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 B.3v(N2)(正)=v(H2)(逆)

C.容器內(nèi)壓強保持不變 D.混合氣體的密度保持不變

③若上述反應(yīng)達到平衡時，N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2，再向容器中按物質(zhì)的量之比1：3：2通入N2、H2、NH3，與原平衡相比，N2的物質(zhì)的量濃度______（填“增大”或“減小”或“不變”，下同），NH3的體積分數(shù)__________。

(3)高爐煉鐵中發(fā)生的基本反應(yīng)之一如下：FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) △H＞0。

①其平衡常數(shù)可表示為_____________。

②已知1100℃時K=0.263，1100℃時測得高爐中c(CO2)=0.025 mol/L，c(CO)=0.1mol/L，此時CO氣體的轉(zhuǎn)化率為_________(用百分數(shù)表示)，該反應(yīng)是否處于化學(xué)平衡狀態(tài)____(選填“是”或“否”)，此時，化學(xué)反應(yīng)速率是υ正____υ逆(選填“大于”、“小于”或“等于”)。

Answer 1

【答案】2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=-46kJ/mol ＞ BC 增加 增加 K= 20% 否 大于

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計算2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)的焓變△H，進而寫出熱化學(xué)方程式；

(2)①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，及合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動分析；

②根據(jù)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應(yīng)速率相等及反應(yīng)體系中各物質(zhì)的百分含量不變及混合氣體的總壓強、總體積、總物質(zhì)的量不隨時間的改變而改變等判斷平衡狀態(tài)；

③再向容器中按物質(zhì)的量之比為1：3：2通入N2、H2、NH3，相當于增大壓強，平衡向正方向移動，據(jù)此判斷；

(3)①化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；

②轉(zhuǎn)化率=×100%；根據(jù)濃度商Qc與K的大小關(guān)系判斷：若Qc＞K，則反應(yīng)逆向進行；若Qc=K，則反應(yīng)不移動；若Qc＜K，則反應(yīng)正向進行。

(1)CH4與O2反應(yīng)生成CO和H2的化學(xué)方程式為2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)，則

①CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H1=+260kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將①×2+②，整理可得：2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)的焓變△H=(+260kJ/mol)×2+(-566kJ/mol)=-46kJ/mol，因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=-46kJ/mol；

(2)①合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＜0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，則化學(xué)平衡常數(shù)會減小，所以K1＞K2；

②A.平衡時反應(yīng)混合物中各組分的含量保持不變，但容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比不一定為1：3：2，因此該特征不能作為判斷平衡的標志，A錯誤；

B.平衡時不同物質(zhì)表示正、逆反應(yīng)速率之比等于反應(yīng)計量數(shù)之比，即3v(N2)正=v(H2)逆的狀態(tài)是反應(yīng)達到平衡的狀態(tài)，B正確；

C.反應(yīng)前后氣體體積減小，若壓強不變，說明反應(yīng)達到平衡，C正確；

D.反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，所以容器內(nèi)混合氣體密度始終不變，因此不能根據(jù)混合氣體的密度保持不變判斷反應(yīng)處于平衡的狀態(tài)，D錯誤；

故合理選項是BC；

③再向容器中按物質(zhì)的量之比為1：3：2通入N2、H2、NH3，相當于增大壓強，化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動，所以NH3的體積分數(shù)增大；雖然化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，但平衡移動的趨勢是微弱的，因此達到新的平衡時N2的物質(zhì)的量濃度增大；

(3)①反應(yīng)FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K=；

②某一時刻高爐中c(CO2)=0.025 mol/L，c(CO)=0.1mol/L，根據(jù)C原子守恒可知，起始時刻c(CO)=0.1mol/L+0.025mol/L=0.125mol/L，CO的變化量為0.025 mol/L，則CO氣體的轉(zhuǎn)化率=×100%=20%；濃度商Qc==0.25＜0.263=K，所以反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，此時化學(xué)反應(yīng)向正反應(yīng)分析進行，v正＞v逆。