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【题目】运用化学反应原理研究化学反应有重要的意义。请回答下列问题:

(1)已知在25 ℃,101 kPa下,断开1 mol H—H键要吸收436 kJ的能量,断开1 mol I—I键要吸收151 kJ的能量,断开1 mol I—H键要吸收298 kJ的能量。

①通过以上数据计算当I2 H2反应生成2 mol H—I时会放出9kJ的能量;若将1 mol I21 mol H2置于密闭容器中,并在上述条件下反应,发现热量实测值(恢复到25 ℃,101 kPa)远小于上述计算值,你认为最可能的原因是_______________________

(2)一定条件下,甲烷与水蒸气发生反应:CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g),工业上可利用此反应生产合成氨原料气H2

①一定温度下,向2L恒容密闭容器中充入1.6 mol CH42.4 mol H2O(g)发生上述反应,CO(g)的物质的量随时间的变化如图所示。0~2 min内的平均反应速率υ(H2)__________ mol·L1·min1 平衡时CH4的转化率为_____________[转化率=×100%]

②若要进一步提高该反应的化学反应速率,除了使用催化剂和升高温度外, 还可以采取的措施有_______________________(任写一条)。

③下列能说明上述反应达到平衡状态的是________(填代号)。

a υ(CH4)(H2)

b 恒温恒容时,容器内混合气体的密度保持不变

c CH4(g)H2O(g)的浓度保持不变

d CH4(g)H2O(g)CO(g)H2(g)的物质的量之比为1:1:1:3

e 断开3 mol H-H键的同时断开2 mol O-H

【答案】反应I2+H2 2HI可逆反应1 mol I21 mol H2不能完全转化2 mol HI 0.9 75% 增大反应物(甲烷或水蒸气)的浓度或缩小体积增大压强等 ce

【解析】

本题考查的是可逆反应、化学反应速率、平衡标志。

1)此小题考查的是可逆反应,可逆反应不能进行彻底,则热量实测值远小于完全反应计算的数值;

2)①如图所示数据,根据变化量之比等于化学计量数之比,计算出氢气和甲烷的物质的量的变化量,再根据公式和转化率=×100%进行计算;

②此小题考查的是影响速率的因素。影响速率的外因主要有温度、浓度、压强、催化剂等,若想增大反应速率可以从这几点采取相应的措施;

③根据化学平衡状态的本质和特征判断。

1)通过题中数据计算,当I2 H2反应生成2 mol H—I时会放出9kJ的能量;若将1 mol I21 mol H2置于密闭容器中,并在上述条件下反应,发现热量实测值(恢复到25 ℃,101 kPa)远小于上述计算值,可能是因为反应I2+H2 2HI是可逆反应,1 mol I21 mol H2不能完全转化成2 mol HI。本小题答案为:反应I2+H2 2HI是可逆反应,1 mol I21 mol H2不能完全转化成2 mol HI

2)①如图所示,CO的物质的量的变化量为1.2mol-0mol=1.2mol,因为物质的量的变化量之比等于化学计量数之比,氢气的物质的量的变化量是CO3倍,氢气的物质的量的变化量为3.6mol,氢气的浓度的变化量为3.6mol÷2L=1.8mol/Lυ(H2)=1.8mol/L÷2min=0.9 mol·L1·min1;因为甲烷的物质的量的变化量等于CO的物质的量的变化量,甲烷的物质的量的变化量为1.2mol,则平衡时CH4的转化率为1.2mol÷1.6mol=75%。本小题答案为:0.975%

②若要进一步提高该反应的化学反应速率,除了使用催化剂和升高温度外, 还可以增大反应物(甲烷或水蒸气)的浓度或缩小体积增大压强等。本小题答案为:增大反应物(甲烷或水蒸气)的浓度或缩小体积增大压强等。

a.若用不同的物质表示化学反应速率时,应一个为正反应速率,一个为逆反应速率,且速率之比等于化学计量数之比,则(CH4)υ(H2)说明反应达到平衡状态,υ(CH4)=3υ(H2)反应没有达到平衡,故a不符合题意;

b.恒温恒容时,由于此反应是个气体的质量不变的反应,则气体的密度ρ=m/V一直不变,故不能作为平衡的标志,故b不符合题意;

c. CH4(g)H2O(g)的浓度保持不变时,其它各组分的浓度也不再变化,故当各组分的浓度不变时,反应达到平衡状态,故c符合题意;

d. CH4(g)H2O(g)CO(g)H2(g)的物质的量之比为1:1:1:3,等于化学计量数之比,只是一个巧合,并不能说明各组分浓度不再变化,故不能作为平衡标志,故d不符合题意;

e. 若用不同的物质表示化学反应速率时,应一个为正反应速率,一个为逆反应速率,且速率之比等于化学计量数之比, 断开 H-H键为逆反应速率,同时断开O-H键为正反应速率,且 H-H键和O-H键的个数比为3:2,说明反应达到平衡状态,故e符合题意。答案选ce

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