Question

【題目】蘊藏在海底的大量“可燃冰”，其開發利用是當前解決能源危機的重要課題。CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH3 = +a kJ·mol-1

化學鍵	C—H	H—H	H—O
鍵能kJ/mol	b	c	d

(1)寫出甲烷的結構式___________

(2)C=O的鍵能為_______________kJ/mol (用含a、b、c、d的式子表示)

(3)恒溫條件下，在體積恒為0.5L的密閉容器中通入一定量甲烷和水蒸氣，發生上述反應。測得甲烷物質的量隨時間變化如下表所示。0～10min內用H2O的濃度表示該反應的平均速率為ν(H2O)= _____________

時間/min	0	10	20	40	50	60
n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10	0.10

(4)恒溫恒容情況下，下列敘述能說明此反應達到平衡狀態的是_______________。

a．混合氣體的平均相對分子質量保持不變 b．CO2和H2的體積分數比為1﹕4

c．混合氣體的密度保持不變 d．1mol CO2生成的同時有4mol H-H鍵斷裂

Answer 1

【答案】 2b+2d-2c- 0.06 molL1min1 ad

【解析】

(1)甲烷為正四面體結構，結構式為；

(2)反應CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)的ΔH3=反應物鍵能之和-生成物鍵能之和；設C=O的鍵能為x，則有4b+4d-(2x+4c)=+a，解得x=(2b+2d-2c-)kJ/mol；

(3)0~10min內Δn(CH4)=0.50mol-0.35mol=0.15mol，根據反應方程式可知該時段內Δn(H2O)=0.30mol，容器的容積為0.5L，所以v(H2O)==0.06 molL1min1；

(4)a．該反應中反應物和生成物均為氣體，所以未平衡時氣體的總質量不發生改變，該反應前后氣體系數之和不相等，所以未平衡時氣體的總物質的量改變，則平均相對分子質量會發生改變，當該值不變時說明反應平衡，故a符合題意；

b．反應過程中可能出現CO2和H2的體積分數比為1:4，但這不能說明氣體的濃度不再改變，故不能說明反應達到平衡，故b不符合題意；

c．該反應中反應物和生成物均為氣體，所以未平衡時氣體的總質量不發生改變，容器恒容，則混合氣體的密度一直不變，故c不符合題意；

d．CO2生成表示正反應，H-H鍵斷裂表示逆反應，1mol CO2生成的同時有4mol H-H鍵斷裂也即正反應速率與逆反應速率相等，說明反應達到平衡，故d符合題意；

綜上所述答案為ad。