Question

【題目】甲烷是重要的氣體燃料和化工原料。回答下列問題：

（1）已知CH4、CO、H2的燃燒熱分別為akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。18g液態水轉化為氣態水吸熱dkJ/mol。利用甲烷制備合成氣的化學方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH。

①ΔH=__kJ/mol。

②一定溫度下，在恒容的密閉容器中發生上述反應，下列表示反應達到平衡狀態的有___(填字母)。

A.v正(CH4)=v逆(H2O)

B.氣體壓強不再變化

C.單位時間每消耗1molCH4，同時產生3molH2

D.CH4與H2的物質的量之比為1∶3

（2）在某密閉容器中通入2molCH4和2molH2O(g)，在不同條件下發生反應CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，測得平衡時CH4的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。

①p1___p2（填“＜”、“＞”或“=”），該反應為___（填吸或放）熱反應。

②m、n、q三點的化學平衡常數大小關系為__。

③若q點對應的縱坐標為30，此時甲烷的轉化率為___，該條件下的化學平衡常數Kp=___（用含有P1的表達式表示，Kp為以分壓表示的平衡常數）。

（3）實驗測定該反應的化學平衡常數Kp隨溫度變化的曲線是如圖中的___（填a、b），理由是___。

Answer 1

【答案】(b+3c-a-d) AB ＞ 吸 Km＜Kn＜Kq 25% 0.03P12 a 正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡常數增大，負對數減小，曲線a滿足

【解析】

(1)①依題意分別寫出燃燒熱化學反應方程式，利用蓋斯定律解答；

②依據可逆反應處于平衡狀態的判斷方法分析；

(2)①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應是體積增大的反應，結合圖像分析在壓強不變的情況下升高溫度，CH4體積分數減小，根據勒夏特列原理分析；

②化學平衡常數只受溫度影響，結合圖示各點的溫度大小和反應的移動方向判斷平衡常數大小關系；

③根據題意和圖像結合三段式解答計算；

(3)正反應為吸熱反應，分析溫度對平衡移動的影響。

(1)①CH4、CO、H2的燃燒熱分別為akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。18g液態水轉化為氣態水吸熱dkJ/mol。

可得：①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-akJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=- bkJ/mol；

③H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H3=-ckJ/mol；

④H2O(l)=H2O(g) △H4=+dkJ/mol；

根據蓋斯定律：①-②-③×3-④可得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=(b+3c-a-d) kJ/mol；

②A．v正(CH4)=v逆(H2O)，等式中有正反應速率，逆反應速率，且成系數比，可說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態，故A正確；

B．氣體壓強不再變化，即氣體分子數不變，可以判斷平衡狀態，故B正確；

C．單位時間每消耗1molCH4，同時產生3molH2是相同的反應方向，不能判斷平衡狀態，故C錯誤；

D．CH4與H2的物質的量之比為1∶3不能說明物質的量及物質的量濃度不變，無法判斷平衡狀態，故D錯誤；

答案選AB；

(2)①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡逆向移動，甲烷的體積分數增多，故p1＞p2；結合圖像分析可知，在壓強不變的情況下升高溫度，CH4體積分數減小，說明平衡正向移動，故該反應為吸熱反應；

②化學平衡常數只受溫度影響，正反應吸熱，升高溫度，K增大，故Km＜Kn＜Kq；

③若q點對應的縱坐標為30，說明甲烷的體積分數為30%，根據“三段式”：

則=30%，可得x=0.5，故甲烷的轉化率=×100%=25%，相同條件下，物質的量之比等于壓強之比，該條件下的化學平衡常數Kp==0.032；

(3)正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡常數增大，負對數減小，曲線a滿足。