Question

【題目】甲烷是一種理想的潔凈燃料，利用甲烷與水反應制備氫氣，因原料廉價，具有推廣價值。該反應為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H＞0

(1)800℃時，反應的化學平衡常數K=l.0，某時刻測得該溫度下密閉容器中各物質的物質的量濃度如表。則此時正、逆反應速率的關系是____。

CH4	H2O	CO	H2
3.0molL-1	8.5molL-1	2.0molL-1	2.0molL-1

(2)為了探究溫度、壓強對上述化學反應速率的影響，某同學設計了以下三組對比實驗（溫度為360℃或480℃、壓強為101 kPa或303 kPa，其余實驗條件見下表）。

實驗序號	溫度/℃	壓強/kPa	CH4初始濃度/ molL1	H2O初始濃度/ molL1
1	360	p	2.00	6.80
2	t	101	2.00	6.80
3	360	101	2.00	6.80

表中t=____，P=_____；設計實驗2、3的目的是________________；

實驗l、2、3中反應的化學平衡常數的大小關系是____（用K1、K2、K3表示）。

(3)一定溫度下，在容積2L且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物，一段時間后達到平衡。

容 器	甲	乙
反應物投入量	1molCH4、1molH2O	a molCH4、a molH2O、b molCO、c molH2

經測定甲容器經過5min達到平衡，平衡后甲中氣體的壓強為開始的1.2倍，甲容器中該反應在5min內的平均速率υ(H2)＝_______，若要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則b的取值范圍為________。

Answer 1

【答案】v正＞ v逆480303探究溫度對化學反應速率的影響K1=K3＜K20.06mol·L－1·min－10.2＜b≤1

【解析】

（1）此時的濃度商為=0.63＜平衡常數K=1，所以反應向正反應進行，即v（正）＞v（逆），故答案為：v（正）＞v（逆）；

（2）三組實驗條件要求溫度為360℃或480℃、壓強為101kPa或303kPa，采取控制變量法，探究溫度、壓強對化學反應速率的影響，由表可知t為480，p為303；

對比實驗2、3，只有溫度不同，其它條件相同，所以實驗2、3的目的是探究溫度對化學反應速率的影響；實驗1、3溫度相同，平衡常數相同，即K1=K3，比較實驗1、2，實驗2中溫度高，溫度升高，平衡向吸熱方向移動，該反應為吸熱反應，所以平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，即K2＞K1，所以K1=K3＜K2，故答案為：480；303；探究溫度對化學反應速率的影響；K1=K3＜K2；

(3)設反應的甲烷的物質的量為x，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始（mol）1 1 0 0

反應（mol）x x x 3x

平衡（mol）1-x 1-x x 3x

平衡后甲中氣體的壓強為開始的1.2倍，即物質的量為開始時的1.2倍，則（1mol-x）+（1mol-x）+x+3x=（1 mol +1 mol）×1.2，解得x=0.2mol，甲容器中該反應在5min內的平均速率υ(H2)＝=0.06mol·L－1·min－1；若要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，即甲乙等效，由于該反應前后氣體的物質的量不等，在等溫等體積時，需要轉換到方程式一邊，物質的量分別相等，則b的最大值為1mol，起始時要維持化學反應向逆反應方向進行，則b要大于0.2mol，因此0.2＜b≤1，故答案為：0.06mol·L－1·min－1；0.2＜b≤1。