Question

(14分)研究CO₂與CH₄的反應使之轉化為CO和H₂，對減緩燃料危機，減少溫室效應具有重要的意義。
（1）已知：2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)　 △H＝－566 kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)　△H＝－484 kJ·mol^－1
CH₄(g)+2O₂(g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)   △H＝－802 kJ·mol^－1
則CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)　△H＝　 　kJ·mol^－1
（2）在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1 mol·L^－1的CH₄與CO₂，在一定條件下發生反應
CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)，測得CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示。

①據圖可知，p₁、p₂、 p₃、p₄由大到小的順序　  　。
②在壓強為p₄、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡點X，則用CO表示該反應的速率為      。該溫度下，反應的平衡常數為         。　
（3）CO和H₂在工業上還可以通過反應C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂ (g)來制取。
① 在恒溫恒容下，如果從反應物出發建立平衡，可認定平衡已達到的是        

A．體系壓強不再變化	B．H2與CO的物質的量之比為1:1
C．混合氣體的密度保持不變	D．氣體平均相對分子質量為15，且保持不變

② 在某密閉容器中同時投入四種物質，2min時達到平衡，測得容器中有1mol H₂O(g)、1mol CO(g)、2.2molH₂(g)和一定量的C(s)，如果此時對體系加壓，平衡向       (填“正”或“逆”)反應方向移動，第5min時達到新的平衡，請在右圖中畫出2～5min內容器中氣體平均相對分子質量的變化曲線。

Answer 1

(14分，每空2分)
（1） +248       
（2） ①p₄＞p₃＞p₂＞p₁ 
②0.032mol·L^－1·min^－1   1.64   
（3） ① AC   ② 逆   變化曲線見右圖

試題分析：（1）已知
①2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)　 △H₁＝－566 kJ·mol^－1
②2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)　△H₂＝－484 kJ·mol^－1
③CH₄(g)+2O₂(g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)   △H₃＝－802 kJ·mol^－1
根據蓋斯定律，③－②－①得：CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)，故△H＝△H₃－△H₂－△H₁＝－802 kJ·mol^－1＋484 kJ·mol^－1＋566 kJ·mol^－1＝＋248kJ·mol^－1。（2）①反應CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)為氣體分子數增加的反應，當溫度一定時，減小壓強，可增大CH₄的轉化率，從圖像可知，相同溫度下，按p₄、p₃、p₂、p₁的順序CH₄的轉化率增大，所以p₄＞p₃＞p₂＞p₁。②根據X點CH₄的轉化率求得各物質的平衡濃度分別為：c(CH₄)= c(CO₂)=0.02mol·L^－1，c(CO)= c(H₂)=0.16mol·L^－1，
故v (CO) =  = 0.032mol·L^－1·min^－1；K =  =  = 1.64(mol·L^－1)²(通常不必寫單位)。（3）①A項，恒容條件下，隨著反應的進行，氣體的物質的量增加，壓強增大，若體系壓強不變，說明達到了平衡狀態；B項，從反應物出發建立平衡，則生成的CO和H₂的物質的量總是相等的，所以當H₂與CO的物質的量之比為1:1時不能確定是否達到平衡狀態；C項，隨著反應的進行，氣體的質量增加，而體積不變，所以密度增大，當氣體密度不變時，可以認定達到了平衡狀態；D項，只有當反應完全生成CO和H₂時，氣體平均相對分子質量才能等于15，但一定條件下的可逆反應是不能進行完全的，所以不會出現D項所描述的狀態。②加壓時，平衡向著氣體分子數減小的方向即逆反應方向移動；平衡氣體的平均相對分子質量為M =  = 12g·mol^－1，從化學方程式可看出，當正(逆)向平衡移動時，氣體的質量變化增加(減少)12g，而氣體的物質的量相應增加(減少)1mol，所以混合氣體的相對分子質量并不發生變化，即M恒定為12g·mol^－1。