Question

【題目】已知H2、CO、CH4的燃燒熱分別為ΔH1＝－285.8 kJ/mol、ΔH2＝－283 kJ/mol、ΔH3＝－890 kJ/mol。H2O(g)＝H2O(l) ΔH4＝－44 kJ/mol。回答下列問題：

(1)用CH4替代水煤氣作家用燃氣的優點是____________________。將煤氣灶改為天然氣灶時，應適當調_________(填“大”或“小”)空氣進氣閥門。

(2)合成氨廠一般采用烴(以CH4為例)和水蒸氣反應制取原料氣H2，發生如下反應：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。

①該反應的ΔH＝________________。

②當該反應達到平衡狀態時，下列說法一定正確的是__________(填字母)。

A．v(CH4)＝v(CO) B．加入催化劑，ΔH不變

C．升高溫度，平衡常數K增大 D．CH4與H2O的轉化率相等

③T℃時，該反應的初始濃度與起始速率的部分數據如下：

初始濃度/mol·L－1		起始速率/mol3·L-3·s－1
c(CH4)	c(H2O)	v
0.10	0.10	1.0×10－4
0.10	0.20	4.0×10－4
0.30	0.20	1.2×10－3

寫出起始速率與初始濃度的關系式［用c(CH4)、c(H2O)及適當的速率常數表示］v＝________。

④T℃時，在一個體積可變的恒壓密閉容器中，充入0.1 mol CH4、0.1 mol H2O(g)發生反應，起始時容器的體積為1 L。CH4的轉化率與反應時間的關系如圖中曲線A所示。則T℃時該反應的平衡常數K＝____________。若溫度與投料方式相同，該反應在容積為1 L的恒容密閉容器中進行，剛達平衡狀態的點是__________(選填B、C、D、E)。

Answer 1

【答案】

(1)等體積的燃氣放熱量多；大

(2)①+206.4 kJ/mol；②ABC；③0.1s－1·c(CH4)·c2(H2O)；④0.03；B

【解析】

試題分析：(1) 根據H2、CO、CH4的燃燒熱分別為ΔH1＝－285.8 kJ/mol、ΔH2＝－283 kJ/mol、ΔH3＝－890 kJ/mol。有H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol，CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ/mol，CH4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+CO2 (g)△H=-890kJ/mol。等體積的CH4燃燒放出的熱量比水煤氣多，等體積的甲烷燃燒消耗的氧氣比水煤氣多，將煤氣灶改為天然氣灶時，應適當調大空氣進氣閥門，故答案為：等體積的燃氣放熱量多；大；

(2)①根據H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃燒熱分別為285.8kJmol-1、283.0kJmol-1和890kJ/mol，分別寫出熱化學方程式：

H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol……①

CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ/mol……②

CH4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+CO2 (g)△H=-890kJ/mol……③，根據蓋斯定律，將③-②-①×3，得：CH4(g)+H2O(l) CO(g)+3H2(g) △H=-890kJ/mol-(-283.0 kJ/mol)-(-285.8kJ/mol)×3=+250.4 kJ/mol，又H2O(g)＝H2O(l) ΔH4＝－44 kJ/mol，因此CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H==+250.4 kJ/mol+(－44 kJ/mol)=+206.4 kJ/mol，故答案為：+206.4 kJ/mol；

②A．根據反應方程式CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，v(CH4)＝v(CO)，故A正確；B．催化劑不改變反應的ΔH，故B正確；C．升高溫度，平衡正向移動，平衡常數K增大，故C正確；D．CH4與H2O的轉化率與二者的起始量應該，不一定相等，故D錯誤；故選ABC；

③根據表格中數據可知，反應速率與c(H2O)的平方成正比，與c(CH4)成正比，v＝0.1s－1·c(CH4)·c2(H2O)，故答案為：0.1s－1·c(CH4)·c2(H2O)；

④ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

起始(mol)0.1 0.1 0 0

反應 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡時氣體的物質的量為0.3mol，相同壓強下，體積為1.5L

平衡常數K===0.03；該反應屬于氣體的物質的量增大的反應，平衡時體積大于1L，若溫度與投料方式相同，該反應在容積為1 L的恒容密閉容器中進行，相當于增大壓強，平衡逆向移動，甲烷的轉化率減小，反應速率增大，建立平衡所需的時間減少，故選B，故答案為：0.03；B。