Question

【題目】CO2和甲烷催化合成CO和H2是CO2資源化利用的有效途徑。主要反應為

Ⅰ：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g） △H=+247kJ/mol

（1）已知CH4（g）+H2O（g）CO（g）+H2（g） △H=+206kJ/mol

寫出CH4和水蒸氣反應生成CO2的熱化學方程式_______________________________。

（2）在恒溫、恒容的密閉容器中發(fā)生反應I，下列選項能夠說明反應I達到平衡狀態(tài)的是______。

A.混合氣體的密度不變

B.混合氣體的總壓強不變

C.CH4、CO2、CO、H2的物質(zhì)的量之比為1:1:2:2

D.3v正（H2）=v逆（CH4）

E.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

（3）將CH4與CO2各1mol充入某密閉容器中，發(fā)生反應I。100kPa時，反應I到達平衡時CO2的體積分數(shù)與溫度的關系曲線如圖所示。

①圖中A、B、C三點表示不同溫度、壓強下達到平衡時CO2的體積分數(shù)，則______點對應的平衡常數(shù)最小，判斷依據(jù)是______________________________；________點對應的壓強最大。

②300℃，100kPa下，該容器中反應I經(jīng)過40min達到平衡，計算反應在0-40min內(nèi)的平均反應速率為v（CO2）=_________mol/min（結果保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

【答案】CH4（g）+2H2O（g） CO2（g）+4H2（g） ΔH=+165kJ/mol BE A 反應I吸熱反應，溫度降低，平衡常數(shù)減小 C 2.8×10-3

【解析】

（1）已知：①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2(g） △H=+206kJ/mol

②CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) △H=+247kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律可知①×2－②即得到CH4和水蒸氣反應生成CO2的熱化學方程式為CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165kJ/mol，故答案為：CH4（g）+2H2O（g）CO2（g）+4H2（g） ΔH=+165kJ/mol；

（2）A.密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此混合氣體的密度不變不能說明，A錯誤；

B.正反應體積增大，則混合氣體的總壓強不變說明反應達到平衡狀態(tài)，B正確；

C.CH4、CO2、CO、H2的物質(zhì)的量之比為1:1:2:2不能說明正逆反應速率相等，則不一定處于平衡狀態(tài)，C錯誤；

D.3v正(H2)=v逆(CH4)不能滿足反應速率之比是化學計量數(shù)之比，沒有達到平衡狀態(tài)，D錯誤；

E.混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變說明反應達到平衡狀態(tài)，E正確；故答案選：BE；

（3）①由于反應為吸熱反應，溫度降低，平衡常數(shù)減小，所以A點對應的平衡常數(shù)最小；C點溫度最高，反應物轉化率最大，由于正反應體積增大，則C點對應的壓強最大。

②根據(jù)方程式可知：

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

起始量（mol）1 1 0 0

轉化量（mol）x x 2x 2x

平衡量（mol）1－x 1－x 2x 2x

300℃，100kPa下平衡時CO2體積分數(shù)是0.4，則，解得x＝，則在0-40min內(nèi)的平均反應速率為v(CO2)=÷40＝2.8×10-3mol/min，故答案為：A；反應為吸熱反應，溫度降低，平衡常數(shù)減小；C；2.8×10-3。