Question

13．二氧化碳重整甲烷制合成氣，對減輕溫室效應、治理生態(tài)環(huán)境具有重要意義．
已知：
反應I：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁
反應II：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H₂=+41KJ•mol^-1
反應III：CH₄（g）+H₂O（g）+?CO（g）+3H₂（g）△H₃=+206KJ•mol^-1
回答下列問題：
（1）反應I的△H₁₌+247•mol^-1，反應III在高溫（填“低溫”、“高溫”或“任何溫度”）自發(fā)進行．
（2）在2L恒容密閉容器中通入CO₂用于CH₄各2mol，在一定條件下僅發(fā)生反應I，測得CO₂的平衡轉化率與壓強、溫度的關系如，1所示．
①年說明上述反應已達到平衡狀態(tài)的是AD（選填編號）．
A．V_正（H₂）=V_逆（CO₂）  B．CO與H₂的物質的量之比保持不變  C．容器內氣體的密度不變  D．容器內壓強不變
②據圖1可知，T₁、T₂、T₃由打到小的順序為T₁＞T₂＞T₃．
③在壓強為400KPa、T₂℃的條件下，該反應6min時達到平衡點X，則用H₂表示該反應的速率為0.2mol•L^-1•min^-1．該溫度下，反應的平衡常數為12.96．
④如圖2，畫出在一容積可變的密閉容器中，保持T₂℃，從通入CO₂和CH₄開始，隨壓強不斷增大（壓縮容器體積，各物質狀態(tài)不發(fā)生改變），CH₄的物質的量變化的曲線示意圖．
⑤下列措施中能夠提高該反應體系中CO₂捕獲量的是AC．（不考慮溶解吸收）
A．向該反應體系中加入K₂CO₃溶液
B．降低反應體系的溫度
C．從反應體系中分離出H₂和CO
D．向該反應體系中加入NH₄Cl溶液

Answer 1

分析 （1）反應II和反應III加和可以得到反應Ⅰ，根據蓋斯定律計算反應的焓變；根據反應自發(fā)進行的判據△H-T△S＜0來回答；
（2）①化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化分析；
②根據溫度對化學平衡移動的影響來回答判斷；
③根據三行式借助v=$\frac{△c}{△t}$來計算化學反應速率和平衡常數；
④從通入CO₂和CH₄開始，隨壓強不斷增大，CH₄的物質的量逐漸增大，但是達到化學平衡以后，甲烷的物質的量逐漸減�。�
⑤根據條件的變化硅二氧化碳的量的影響來回答．

解答 解：（1）應II和反應III嘉禾可以得到反應Ⅰ，根據蓋斯定律，反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=41KJ•mol^-1+206KJ•mol^-1=+247•mol^-1
，反應III的焓變△H＞0，△S＞0，要使得△H-T△S＜0，則需要在高溫下進行反應，故答案為：+247•mol^-1；高溫；
（2）①AV_正（H₂）=V_逆（CO₂），說明正逆反應速率是相等的，達到了平衡，故A正確；
B．CO與H₂的物質的量之比保持不變，不能說明達到了平衡，故B錯誤；
C．容器內氣體的密度等于質量和體積的比值，質量和體系的體積始終不變，所以密度始終是定值，即密度不變不一定平衡，故C錯誤錯；
D．反應是前后氣體的體積變化的反應，所以當容器內壓強不變，達到了平衡，故D正確，故選AD．
②反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247•mol^-1是吸熱反應，溫度越高，平衡正向移動，二氧化碳的轉化率越大，根據圖示，壓強恒定，溫度大小順序是：T₁＞T₂＞T₃，故答案為：T₁＞T₂＞T₃；
③在壓強為400KPa、T₂℃的條件下，該反應6min時，
         CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
初始濃度：1        1        0        0
變化濃度：0.6      0.6      1.2      1.2
平衡濃度：0.4        0.4     1.2      1.2
用H₂表示該反應的速率為$\frac{1.2mol/L}{6min}$=0.2mol•L^-1•min^-1，反應的平衡常數K=$\frac{1．{2}^{2}×1．{2}^{2}}{0.4×0.4}$=12.96，故答案為：0.2mol•L^-1•min^-1；12.96；
④從通入CO₂和CH₄開始，隨壓強不斷增大，CH₄的物質的量逐漸增大，但是達到化學平衡以后，甲烷的物質的量逐漸減小，即如圖所示：，故答案為：；
⑤A．向該反應體系中加入K₂CO₃溶液，可以和二氧化碳反應，符合題意，故正確；
B．降低反應體系的溫度，會使得平衡逆向移動，不符合題意，故錯誤；
C．從反應體系中分離出H₂和CO，可以促使更多二氧化碳參與反應被消耗，故正確；
D．向該反應體系中加入NH₄Cl溶液，不會引起二氧化碳量的變化，故錯誤．
故選AC．

點評 本題綜合考查學生化學反應焓變的計算、反應速率和化學平衡的計算以及化學平衡移動的影響因素等知識，屬于綜合知識的和考察，難度中等．