Question

生產(chǎn)甲醇的原料CO、H₂可由下列反應制�。篊H₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g），試回答下列問題。

（1）已知：① CH₄（g）+3/2 O₂（g） CO（g）+2H₂O（g）△H_l；

② H₂（g）+1/2 O₂（g） H₂O（g） △H₂，

則CH₄（g）+ H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）的△H＝____      （用含△H₁，△H₂的式子表示）

（2）一定條件下反應CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）中CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖，且T₂>T₁， 則上述反應的△H____     0（填“<”、“>”、“=”，下同），A、B處對應平衡常數(shù)（K_A、K_B）的大小關系為K_A____        K_B

（3）維持溫度T₂，將0.04 mol CH₄和0.04mol H₂O（g）通入容積為1L的定容密閉容器中發(fā)生反應，平衡時達到B點，測得CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%,該反應在此溫度下的平衡常數(shù)K_B=____   ，下列現(xiàn)象能說明該反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是_    ___

a．容器內(nèi)CH₄、H₂O、CO、H₂的物質(zhì)的量之比為1：1：1：3

b．容器的密度恒定

c．容器的壓強恒定

d．3υ_正（CO）＝υ_逆（（H₂）

（4）在上述B點平衡基礎上，向容器中再通入amol CH₄和a mol H₂O氣體，使之在C點重新達平衡，此時測得CO有0.03mol，則a=____          。

 

Answer 1

【答案】

（1）ΔH₁—3ΔH₂ （2分）  （2）> （2分）； < （2分）

（3）1.08×10^－2mol²٠L^－2 （2分，單位可不作要求）；acd（3分）   （4）0.035（3分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)已知的熱化學方程式以及蓋斯定律可知，①－②×3即得到CH₄（g）+ H₂O（g）CO（g）+3H₂（g），所以該反應的反應熱△H＝ΔH₁—3ΔH₂。

（2）根據(jù)圖像可知，在壓強相同時，溫度越高，甲烷的轉(zhuǎn)化率越高。這說明升高溫度平衡向正反應方向移動，因此正反應是吸熱反應，即△H＞0。升高溫度平衡向正反應方向移動，因此B點對應的平衡常數(shù)大于A點對應的平衡常數(shù)。

（3）             CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）

起始濃度（mol/L） 0.04     0.04          0         0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.02     0.02         0.02      0.06

平衡濃度（mol/L） 0.02     0.02         0.02      0.06

所以該溫度下該反應的平衡常數(shù)K_B＝＝＝1.08×10^—2mol²٠L^－2

在一定條件下，當可逆反應中正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），各種物質(zhì)的濃度或含量均不再發(fā)生變化的狀態(tài)，是化學平衡狀態(tài)，根據(jù)以上分析可知，平衡時容器內(nèi)CH₄、H₂O、CO、H₂的物質(zhì)的量之比為1:1:1:3，所以可以說明反應達到平衡狀態(tài)，a正確；密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變的，所以b不能說明；該反應是體積減小的可逆反應，所以當壓強不再發(fā)生變化時，可以說明反應達到平衡狀態(tài)，即c正確；d中的反應速率方向相反，且滿足反應速率之比是相應的化學計量數(shù)之比，因此可以說明，d正確，答案選acd。

（4）             CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）

起始濃度（mol/L）  b         b            0        0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.03     0.03         0.03      0.09

平衡濃度（mol/L）b－0.03  b－0.03       0.03      0.09

因為溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以＝1.08×10^—2，解得b＝0.075mol，因此a＝0.075mol－0.04mol＝0.035mol

考點：考查蓋斯定律的應用；外界條件對平衡狀態(tài)的影響；平衡常數(shù)的計算和應用等