Question

【題目】CH4—CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義，該反應(yīng)為：CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。某溫度下，在體積為2L的恒容密閉容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化劑進行重整反應(yīng)，5min時達到平衡，測得CO的濃度為0.5mol/L。

回答下列問題：

（1）0～5min時間內(nèi)用H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為___mol/(L·min)。

（2）達平衡時CH4的物質(zhì)的量分數(shù)為___，CO2的轉(zhuǎn)化率是___。

（3）反應(yīng)前后混合氣體的壓強之比為___。

（4）為了加快反應(yīng)速率，可采取什么措施___（寫兩條）。

（5）下表中的數(shù)據(jù)是破壞1mol物質(zhì)中的化學(xué)鍵所消耗的能量：

物質(zhì)	CH4	CO2	CO	H2
能量/kJ	1660	1490	1072	436

該催化重整反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量___生成物的總能量（填“大于”或“小于”）。

（6）下列能表示該反應(yīng)已經(jīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是___。

A.v逆(CH4)=2v正(CO)

B.CO2的濃度保持恒定

C.混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變

D.混合氣體密度保持不變

Answer 1

【答案】0.1 37.5% 50% 3：4 升高溫度、縮小容器體積（或增大反應(yīng)物濃度） 小于 BC

【解析】

反應(yīng)速率之比等于反應(yīng)系數(shù)之比，根據(jù)反應(yīng)方程式的三段式計算平衡時物質(zhì)的量和轉(zhuǎn)化率；根據(jù)有效碰撞理論判斷加快反應(yīng)速率方法，根據(jù)平衡“逆等動定變”特征判斷達到平衡狀態(tài)。

(1)設(shè)反應(yīng)到達平衡狀態(tài)時，反應(yīng)消耗的甲烷有xmol：

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

反應(yīng)前 2mol 1mol 0 0

變化量 x x 1 1

平衡時 2-x 1-x 1 1

0～5min時間內(nèi)用H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為=0.1mol/(L·min)。

(2)根據(jù)三段式可知，x=0.5mol，達平衡時CH4的物質(zhì)的量為1.5mol，甲烷的物質(zhì)的量分數(shù)為，CO2的轉(zhuǎn)化率是。

(3)反應(yīng)前后混合氣體的壓強之比與物質(zhì)的量之比相等，即為3:4。

(4)根據(jù)有效碰撞理論理論，為了加快反應(yīng)速率，可采取措施為：升高溫度、縮小容器體積（或增大反應(yīng)物濃度）等。

(5)該催化重整反應(yīng)中反應(yīng)物的總鍵能為1660 kJ +1490 kJ =3150kJ，生成物的總鍵能為2×（1072 kJ +436 kJ ）=3016kJ，反應(yīng)熱=生成物總能量-反應(yīng)物總能量=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能>0，即反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量。

(6)A. 反應(yīng)速率之比等于反應(yīng)系數(shù)之比，v逆(CH4)= 0.5v逆(CO)，當v逆(CO)=v正(CO)，即2v逆(CH4)= v正(CO)時，反應(yīng)才到達平衡，A錯誤；

B.CO2的濃度保持恒定，反應(yīng)達到平衡，B正確；

C.混合氣體總質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體的總量發(fā)生變化，當平均相對分子質(zhì)量不變時，反應(yīng)達到平衡，C正確；

D. 混合氣體總質(zhì)量不變，裝置為恒容狀態(tài)，體積不變，故混合氣體密度一直保持不變，不能判斷平衡狀態(tài)，D錯誤；

能表示該反應(yīng)已經(jīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC。