Question

14．利用甲烷与水反应制备氢气，因原料廉价产氢率高，具有实用推广价值．
已知：①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1
（1）甲烷和水蒸气生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+163.9kJ•mol^-1．
（2）为了探究反应条件对反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1
的影响，某活动小组设计了三个实验，实验曲线如图所示

编号	温度	压强	c始（CO）	c始（H2O）
Ⅰ	530℃	3MPa	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1
Ⅱ	X	Y	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1
Ⅲ	630℃	5MPa	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1

①请依据实验曲线图补充完整表格中的实验条件：X=530℃，Y=5MPa．
②实验Ⅲ从开始至平衡，其平均反应速度率v （CO）=0.12mol•L^-1•min^-1．
③实验Ⅱ达平衡时CO的转化率大于 实验Ⅲ达平衡时CO的转化率（填“大于”、“小于”或“等于”）．
④在530℃时，平衡常数K=1，若往10L容器中投入2.0mol CO（g）、2.0mol H₂O（g）、1.0mol CO₂（g）、1.0mol H₂（g），此时化学反应将正向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移动．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1
结合盖斯定律①+②得CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H；
（2）①由图表可知，曲线II和曲线I相比，平衡不移动，只是缩短了反应达平衡的时间，据此分析反应II的条件；
②由图象可知，CO的平衡浓度为0.4mol/L，即可知△c（CO）=0.6mol/L，根据反应速率的公式求算；
③CO的平衡浓度越大，则其平衡转化率越低；
④求出反应的浓度商Qc，与K做比较即可．

解答 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1
结合盖斯定律①+②得到CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+163.9kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+163.9kJ•mol^-1；
（2）①由图表可知，曲线II和曲线I相比，平衡不移动，只是缩短了反应达平衡的时间，故II和I不同的条件为压强，且为增大压强，故Y为5MPa，两者的温度应相同，故X为530℃，故答案为：530；5；
②由图象可知，CO的平衡浓度为0.4mol/L，即可知△c（CO）=0.6mol/L，根据反应速率的公式V（CO）=$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol•L^-1•min^-1．
故答案为：0.12；
③CO的平衡浓度越大，则其平衡转化率越低，故实验Ⅱ达平衡时CO的转化率大于实验Ⅲ达平衡时CO的转化率，故答案为：大于；
④若往10L容器中投入2.0mol CO（g）、2.0mol H₂O（g）、1.0mol CO₂（g）、1.0mol H₂（g），则此时反应的浓度商Qc=$\frac{0.1mol/L×0.1mol/L}{0.2mol/L×0.2mol/L}$=0.25＜K，则此时反应应向正反应方向移动，
故答案为：正向．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、影响化学反应速率和化学平衡的因素以及化学平衡常数的计算，综合性较强，难度适中，侧重于考查学生对基础知识的应用能力和计算能力．