Question

【題目】CH4和H2O(g)在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，該反應(yīng)僅在高溫下能自發(fā)進(jìn)行。

（1）該反應(yīng)的 ΔH ____0（填“<” “>” 或 “=”）。

（2）T ℃時，向2L密閉容器中投入2mol CH4和1.5mol H2O(g)，發(fā)生上述反應(yīng)，平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為50%，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____。

（3） T ℃時，向1 L密閉容器中投入2 mol CH4、1 mol H2O(g)、3 mol CO、2 mol H2，則反應(yīng)的v(正)___v(逆) (選填“<” “>”或“=”)

（4）現(xiàn)向三個體積均為2L的恒容密閉容器I、II、Ⅲ中，均分別充入1molCO 和2mo1H2發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝-90.1kJ/mol。三個容器的反應(yīng)溫度分別為Tl、T2、T3且恒定不變。當(dāng)反應(yīng)均進(jìn)行到5min時H2的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，其中只有一個容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

①5min時三個容器中的反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是容器_______（填序號）。

②0-5 min內(nèi)容器I中用CH3OH表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(CH3OH)=_______。（保留兩位有效數(shù)字）

③當(dāng)三個容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時，CO轉(zhuǎn)化率最高的是容器______。

Answer 1

【答案】> 13.5 > Ⅲ 0.067 mol/（Lmin） Ⅰ

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的變化判斷該反應(yīng)的ΔS>0，且已知該反應(yīng)僅在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)ΔH-TΔS<0反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，可知ΔH>0；

（2）根據(jù)已知信息列出三段式，計(jì)算平衡時刻各物質(zhì)的濃度，進(jìn)而計(jì)算平衡常數(shù)；

（3）計(jì)算此刻反應(yīng)的濃度商，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而確定正逆反應(yīng)速率的大小；

（4）①溫度越高，反應(yīng)速率越快，則達(dá)到平衡時間越短，其中只有一個容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，最有可能是Ⅲ，升溫平衡逆向移動，氫氣含量最大；

②設(shè)反應(yīng)生成的甲醇為x mol/L，根據(jù)已知信息可列出三段式，計(jì)算生成的甲醇的濃度，進(jìn)而利用計(jì)算用甲醇表示的化學(xué)反應(yīng)速率；

③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大，CO轉(zhuǎn)化率越大。

（1）該反應(yīng)的ΔS>0，已知該反應(yīng)僅在高溫下能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)ΔH-TΔS<0反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，可知ΔH>0；

故答案為：>；

（2）T ℃時，向2L密閉容器中投入2 mol CH4和1.5mol H2O(g)，發(fā)生上述反應(yīng)，平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為50%，根據(jù)已知信息可列出三段式：

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

開始（mol/L）： 1 0.75 0 0
變化（mol/L）： 0.5 0.5 0.5 1.5

平衡（mol/L）： 0.5 0.25 0.5 1.5

則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)；

故答案為：13.5；

（3）T ℃時，向1 L密閉容器中投入2 mol CH4、1 mol H2O(g)、3 mol CO、2 mol H2，則此刻反應(yīng)的濃度商<K，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v(正)>v(逆)；

故答案為：>；

（4）①三個容器的反應(yīng)溫度分別為Tl、T2、T3且恒定不變，當(dāng)反應(yīng)均進(jìn)行到5min時H2的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示，溫度越高反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡時間越短，其中只有一個容器中的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，最有可能是Ⅲ，升溫平衡逆向移動，氫氣含量最大；
故答案為：Ⅲ；

②設(shè)反應(yīng)生成的甲醇為x mol/L，則可列出三段式：
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始（mol/L）：0.5 1 0

轉(zhuǎn)化（mol/L）：x 2x x

5min時（mol/L）：0.5-x 1-2x x

到5min時，氫氣的體積分?jǐn)?shù)為0.4，則，解得x=，則容器I中用CH3OH

表示的化學(xué)反應(yīng)速率；

故答案為：0.067 mol/（Lmin）；

③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，反應(yīng)向正方向進(jìn)行的程度越大，則當(dāng)三個容器中的反應(yīng)均達(dá)到平衡狀態(tài)時，Ⅰ中CO轉(zhuǎn)化率最大；

故答案為：Ⅰ。