Question

16．合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成二甲醚等清洁燃料．从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有：
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.1kJ/mol
②CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₂=+247.3kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃₌c/mol•L-1

（1）在一密闭容器中进行反应①，测得CH₄的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示．反应进行的前5min内，v（H₂）=0.3mol/（L．min）；10min时，改变的外界条件可能是降低温度．
（2）如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH₄和CO₂，使甲、乙两容器初始容积相等．在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变．已知甲容器中CH₄的转化率随时间变化的图象如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH₄的转化率随时间变化的图象．
（3）800℃时，反应③的化学平衡常数K=1.0，某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此时反应③中正反应速率大于逆反应速率（大于、小于、等于）

Answer 1

分析 （1）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₄），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
10min时瞬间甲烷浓度未变，而后浓度减小，改变条件平衡正向移动；
（2）甲为恒温恒容，随反应进行容器内压强增大，乙为恒温恒压，乙等效为在甲平衡的基础上减小压强，平衡正向移动，乙中甲烷的转化率大于甲中，减小压强反应速率减慢，到达平衡时间故甲中长；
（3）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断正、逆反应相对大小．

解答 解：（1）反应进行的前5min内，甲烷浓度变化量为（1-0.5）mol/L=0.5mol/L，则v（CH₄）=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=3v（CH₄）=0.3mol/（L．min）；
10min时瞬间甲烷浓度未变，而后浓度减小，改变条件平衡正向移动，正反应为放热反应，可能是降低温度等，
故答案为：0.3mol/（L．min）；降低温度；
（2）甲为恒温恒容，随反应进行容器内压强增大，乙为恒温恒压，乙等效为在甲平衡的基础上减小压强，平衡正向移动，乙中甲烷的转化率大于甲中，减小压强反应速率减慢，到达平衡时间故甲中长，则乙容器中CH₄的转化率随时间变化的图象为：，
故答案为：；
（3）此时浓度商Qc=$\frac{2×2}{0.5×8.5}$=0.94＜K=1，反应向正反应进行，故正反应速率大于逆反应速率，
故：大于．

点评 本题考查化学平衡计算，涉及反应速率计算、化学平衡影响因素、平衡常数应用、平衡图象等，注意理解掌握平衡常数的应用．