Question

利用焦炭或天然气制取廉价的CO和H₂，再用于氨合成和有机合成是目前工业生产的重要途径．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890.3kJ?mol^-1     ①
H₂（g）+1/2O₂ （g）=H₂O （l）△H=-285.8kJ?mol^-1 ②
CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 ③
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1 ④
反应CH₄（g）+H₂O（g）  CO（g）+3H₂（g），△H=    kJ?mol^-1．标准状况下33.6L甲烷高温下与水蒸气完全反应生成CO和H₂，反应过程中转移    mole^-，放出    kJ热量．
（2）一定条件下，在体积为5L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇（催化剂为Cu₂O/ZnO）：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．不同温度时甲烷的物质的量随时间变化曲线如图所示．根据题意完成下列各题：
①反应达到平衡时，平衡常数表达式K=    ，降低温度，K值    （填“增大”、“减小”或“不变”）．
②在300℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=    ．（用相关符号和数据表示）
③判断该可逆反应达到平衡状态的标志是    ．（填字母）
a．CH₃OH的生成速率与CO的消耗速率相等   b．容器中气体的压强不变
c．容器中混合气体的密度保持不变           d．CO百分含量保持不变
e．CO和CH₃OH浓度相等
④欲提高H₂的转化率，下列措施可行的是    ．（填字母）
a．向容器中再充入Ar    b．改变反应的催化剂
c．向容器中再充入CO                      d．升高温度．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据已知反应和目标反应，利用盖斯定律来计算反应热，利用化合价的变化计算转移的电子数，利用物质的量与反应热的数值关系计算放出的热量；
（2）①平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由图可知，温度高时甲醇的量少，则该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动；
②由图可知，甲醇在0～t_A时间内增加n_Amol，计算甲醇的反应速率，再利用化学计量数之比等于反应速率之间计算氢气的反应速率；
③根据平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量来判断平衡；
④提高H₂的转化率，化学平衡正向移动，但不能增加氢气本身的量，以此来解答．
解答：解：（1）由CH₄（g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890.3kJ?mol^-1 ①，
H₂（g）+1/2O₂ （g）=H₂O （l）△H=-285.8kJ?mol^-1 ②，
CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 ③，
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1 ④，
根据盖斯定律可知，①+④-③-②×3可得CH₄（g）+H₂O（g）  CO（g）+3H₂（g），
其反应热△H=（-890.3kJ?mol^-1）+（-44kJ?mol^-1）-（-283.0kJ?mol^-1）-（-285.8kJ?mol^-1）×2=+206.1kJ/mol，
标准状况下33.6L甲烷，其物质的量为1.5mol，所以该反应中转移的电子数为1.5mol×（2+4）=9mol，
该反应放出的热量为1.5mol×206.1kJ/mol=309.15kJ，
故答案为：+206.1；9；309.15；
（2）①由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），则平衡常数K=，由图可知，温度高时甲醇的量少，则该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，所以K增大，
故答案为：；增大；
②由图可知，甲醇在0～t_A时间内增加n_Amol，则甲醇的反应速率为n_A/5t_A mol?（L?min）^-1，再由化学计量数之比等于反应速率之比，所以氢气的反应速率为2n_A/5t_A mol?（L?min）^-1，故答案为：2n_A/5t_A mol?（L?min）^-1；
③a．CH₃OH的生成速率与CO的消耗速率相等，只能确定正反应速率，不能确定正逆反应速率的关系，则不能判断平衡，故a错误；
b．该反应为反应前后压强不等的反应，则容器中气体的压强不变，达到平衡状态，故b正确；
c．因质量、体积不变，则容器中混合气体的密度始终保持不变，不能作为判断平衡的方法，故c错误；           
d．CO百分含量保持不变，浓度不再变化，达到平衡状态，故d正确；
e．CO和CH₃OH浓度相等，取决于起始量，不一定达到平衡，故e错误；
故答案为：bd；
④a．体积不变，向容器中再充入Ar，反应体系中各物质的浓度不变，平衡不移动，故a错误；    
b．改变反应的催化剂，不影响化学平衡移动，故b错误；
c．向容器中再充入CO，平衡正向移动，提高氢气的转化率，故c正确；                      
d．升高温度提高，平衡逆向移动，H₂的转化率减小，故d错误；
故答案为：c．
点评：本题为小综合，考查盖斯定律计算反应热、化学反应速率、化学平衡等高考常考知识点，题目难度不大，并注意利用图象来计算反应速率及影响平衡的因素．