Question

9．工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，在一定条件下，向体积为1L的密闭容器中充入1mol CH₄（g）和1mol H₂O（g），测得H₂O（g）和H₂（g）的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是（　　）

• A． 达平衡时，CH₄（g）的转化率为75%
• B． 0～10min内，v（CO）=0.075mol•L^-1•min^-1
• C． 该反应的化学平衡常数K=O.1875
• D． 当CH₄（g）的消耗速率与H₂（g）的消耗速率相等时，反应到达平衡

Answer 1

分析 由图可知，10min时反应到达平衡，利用三段式计算各物质浓度变化量、平衡时各物质的浓度．
A．甲烷转化率=$\frac{甲烷浓度变化量}{甲烷起始浓度}$×100%；
B．根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO）；
C．将平衡时的浓度代入平衡常数表达式K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$计算；
D．同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡．

解答 解：由图可知，10min时反应到达平衡，平衡时水、氢气的浓度均为0.75mol/L，则：
            CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：1       1        0       0
转化（mol/L）：0.25    0.25     0.25    0.75
平衡（mol/L）：0.75    0.75     0.25    0.75
A．平衡时甲烷转化率=$\frac{0.25mol/L}{1mol/L}$×100%=25%，故A错误；
B.0～10min内，v（CO）=$\frac{0.25mol/L}{10min}$=0.025mol•L^-1•min^-1，故B错误；
C．平衡常数K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.25×0.7{5}^{3}}{0.75×0.75}$=0.1875，故C正确；
D．同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡，由方程式可知但CH₄（g）的消耗速率与H₂（g）的消耗速率为1：3时，反应到达平衡，故D错误，
故选C．

点评 本题考查化学平衡、化学反应速率及化学平衡常数计算、平衡状态的判断，难度不大，D选项中注意同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡，不同物质表示的正逆速率之比等于其化学计量数之比时，反应到达平衡．