Question

（14分）研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。

（1）已知：①2CO(g)+O2（g）＝2CO2(g)　△H＝－566 kJ·mol-1

②2H2(g)+O2（g）＝2H2O(g)　△H＝－484kJ·mol-1

③CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(g)　△H＝－802kJ·mol-1

则CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　△H＝　　kJ·mol-1

（２）在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·Ｌ-1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

?据图可知，P1 、P2、 P3 、P4 由大到小的顺序　　。

?在压强为P4、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡点X，则用CO表示该反应的速率为 。该温度下，反应的平衡常数为 。　

（3）CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)来制取。

①在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定平衡已达到的是

A．体系压强不再变化 B．H2与CO的物质的量之比为1 ：1

C．混合气体的密度保持不变 D. 气体平均相对分子质量为15，且保持不变

② 在某密闭容器中同时投入四种物质，2min时达到平衡，测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、

2.2molH2(g)和一定量的C(s)，如果此时对体系加压，平衡向 （填“正”或“逆”）反应方向移动，第5min时达到新的平衡，请在下图中画出2～5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。

 

 

Answer 1

（1）+248

（2）①P4> P3> P2> P1 ；②0.032mol?L-1?min-1 ； 1.64 ；（3）① AC ② 逆

【解析】

试题分析：（1）③－①－②，整理可得CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　△H＝+248KJ/mol。（2）①据图可知，甲烷在P1 、P2、 P3 、P4 的转化率的关系是P1 > P2> P3> P4。由于反应CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)的正反应是气体体积增大的反应，根据平衡移动原理，减小压强，平衡向气体体积增大的反应方向即向正反应方向移动。所以这几种条件下的压强由大到小的顺序P4> P3> P2> P1。②在压强为P4、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡点X，此时甲烷的转化率为80%，所以c(CO)=2×0.08=0.16mol/L则v(CO)= 0.016mol/L÷5min=0.032mol/(L·min). 该温度下，反应的平衡常数为.(3) ① A．由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，若反应未达到平衡，则容器的压强就要发生变化，所以体系压强不再变化，能证明反应达到平衡。正确。B．在任何时刻都存在关系：H2与CO的物质的量之比为1 ：1，因此不能作为判断平衡的标志。错误。C．由于反应物有固体参加，若反应未达到平衡，则气体的密度就要增大或减小，若达到平衡，气体的密度就不会发生变化。因此混合气体的密度保持不变可以证明反应达到平衡的标志。正确。D. 若气体完全是CO与氢气，由于生成的二者的物质的量的比为1:1，气体平均相对分子质量为15，若气体完全是水蒸气，则气体的相对分子质量为18，由于可逆反应达到平衡状态时是三者的共同体，所以气体的平均相对分子质量应该在15～18，且保持不变。错误。②对于C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)，若增大压强，根据平衡移动原理，应该向气体体积减小的方向就是向逆反应方向移动。在第2分钟时混合气体的平均相对分子质量为：。第5min时达到新的平衡，假如生成物完全转化为反应物，则混合气体的物质的量减小1mol,质量减轻12g,所以混合气体的相对分子质量不变，的平均相对分子质量仍然是12。2～5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线如图：

。

考点：考查盖斯定律的应用、化学反应速率的计算、化学平衡常数的表达式、化学平衡状态的判断、影响化学平衡的因素、相对分子质量与压强的关系的知识。