Question

向反应体系中同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应有：
I．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-802.6kJ/mol
II．CH₄（g）+O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-322.0kJ/mol
III．CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₃=+206.2kJ/mol
Ⅳ．CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H₄=+165.0kJ/mol
请回答下列问题：
（1）CH₄的燃烧热△H______△H₁．（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在反应初始阶段，反应II的反应速率大于反应III的反应速率．比较反应II的活化能E_II和反应III的活化能E_III的大小：E_II______E_III（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）在1L固定容积密闭容器中投入1.8mol CH₄和3.6mol H₂O（g），若只发生反应Ⅳ，测得CH₄、H₂O（g）及某一生成物的物质的量浓度（c）随反应时间（t）的变化如图所示[第9min前H₂O（g）的物质的量浓度及第4min～9min之间X所代表生成物的物质的量浓度变化曲线未标出，条件有变化时只考虑改变一个条件）．
①0～4min内，H₂的平均反应速率υ（H₂）=______mol?^-1；
②反应在5min时的平衡常数K=______；
③第6min时改变的条件是______；判断理由是______；
④比较第5min时的平衡常数K_5min与第10min时平衡常数K_10min的大小：K_5min______K_10min （填“＞”、“=”或“＜”），原因是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）反应生成液态水放出的热量更多；
（2）活化能越低，反应速率越快，初始阶段，反应II的反应速率大于反应III的反应速率；
（3）根据图象0-4min甲烷减少0.5mol/L，X增加0.5mol/L，则X为二氧化碳，4-6min为平衡状态，
     CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）
开始 1.8       3.6      0         0
转化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
结合温度对反应速率的影响来解答．
解答：解：（1）反应生成液态水放出的热量更多，则CH₄的燃烧热△H＜△H₁，故答案为：＜；  
（2）活化能越低，反应速率越快，初始阶段，反应II的反应速率大于反应III的反应速率，则反应II的活化能E_II＜反应III的活化能E_III，故答案为：＜；
（3）根据图象0-4min甲烷减少0.5mol/L，X增加0.5mol/L，则X为二氧化碳，4-6min为平衡状态，
     CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）
开始 1.8       3.6      0         0
转化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
①0～4min内，H₂的平均反应速率υ（H₂）==0.5mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.5；   
②反应在5min时的平衡常数K==0.91，故答案为：0.91；  
③根据图象第6 min～9 min时的反应速率比0～4 min时的大，且平衡向正反应方向移动，说明第6 min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量，再根据第9 min平衡时甲烷浓度为0.7 mol/L，水蒸气浓度为1.4 mol/L，说明甲烷消耗1.1 mol，水蒸气消耗2.2 mol，所以不可能为增加水蒸气的量，因此改变的条件只可能为升高温度，
故答案为：升高温度；第6 min～9 min时的反应速率比0～4 min时的大，且平衡向正反应方向移动，说明第6 min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量，再根据第9 min平衡时甲烷浓度为0.7 mol/L，水蒸气浓度为1.4 mol/L，说明甲烷消耗1.1 mol，水蒸气消耗2.2 mol，所以不可能为增加水蒸气的量，因此改变的条件只可能为升高温度； 
④因正反应为吸热反应，升高温度平衡常数增大，则K_5min＜K_10min，故答案为：＜；正反应为吸热反应，升高温度平衡常数增大．
点评：本题考查热化学以及化学反应速率、化学平衡等，意在考查考生分析、处理数据和解答图象试题的能力，解答本题需利用盖斯定律，联系化学平衡、化学平衡常数以及平衡移动原理等，弄清图象的含义，题目难度较大．