Question

【題目】天然氣的主要成分是甲烷，它是一種重要的化工原料。

（1）CH4與CO2經催化反應可制得合成氣：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g） ΔH

已知：反應1：CH4（g）=C（s）+2H2（g） ΔH1=+75kJ/mol

反應2: 2CO（g）=C（s）+CO2（g） ΔH2=-172kJ/mol 則該催化反應的ΔH=__________kJ/mol。

（2）工業上可用CO和H2合成二甲醚，其反應為: 2CO（g）+4H2 （g）=CH3OCH3 （g）+H2O（g） ΔH=-204.7 kJ/mol 初始條件相同時，分別在A（恒溫）、B（絕熱）兩個容器內反應。反應初始時兩容器的反應速率A_______B（填“>”、“<”或“=”，下同）；平衡時CO的轉化率A_______B。

（3）工業上可用CO和H2合成甲醇，其反應為CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） ΔH=-90.1kJ·md。溫度T時，在容積為2L的某密閉容器中進行上述反應，反應過程中相關數據如圖所示。

①下列能表明該反應已達到平衡狀態的是__________。

a v（H2）=2v（CH3OH） b c（ CO）/c（ CH3OH）=7: 3時

c c（H2）/c（ CH3OH）=2: 1時 d 容器中氣體的壓強不再變化

②該化學反應10min內生成CH3OH的反應速率v（CH3OH）= __________。

③該溫度下，反應的平衡常數為__________ （列出計算式即可） 。

④若其他條件不變時,15mim時再向容器中加入2 mol CO和 x mol H2，平衡時CO的轉化率與原平衡相同，則x=__________。

Answer 1

【答案】+247 = > bd 0.03mol·L-1·min-1 1.2

【解析】

（1）根據蓋斯定律可知：反應1-反應2得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）；

（2）反應初始時，兩容器中反應物的濃度相同，溫度等相同，兩容器的反應速率A=B；反應放熱。B中溫度高，平衡逆向移動，平衡時CO的轉化率A>B。

（3）①可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；

②根據v= 計算；

③該反應的平衡常數K= ；

④列出三段式，利用平衡常數不變計算。

（1）已知：反應1：CH4（g）=C（s）+2H2（g） ΔH1=+75kJ/mol

反應2: 2CO（g）=C（s）+CO2（g） ΔH2=-172kJ/mol

根據蓋斯定律可知：反應1-反應2得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g） ΔH=ΔH1-ΔH2=+75kJ·mol－1-（-172kJ·mol－1）=+247kJ/mol；

故答案為：ΔH=+247kJ/mol。

（2）2CO（g）+4H2 （g）=CH3OCH3 （g）+H2O（g） ΔH=-204.7 kJ/mol 是放熱反應，初始條件相同時，分別在A（恒溫）、B（絕熱）兩個容器內反應。反應初始時，兩容器中反應物的濃度相同，溫度等相同，兩容器的反應速率A=B；反應放熱。B中溫度高，平衡逆向移動，平衡時CO的轉化率A>B。

故答案為：=；>;

（3）①a. v（H2）=2v（CH3OH）不能說明正逆反應速率關系，故a不選；

b.由圖 c（ CO）：c（ CH3OH）=1.4:0.6=7: 3時，是平衡時濃度比，故b選；

c .由圖c（H2）：c（ CH3OH）=0.8:0.6==4: 3時，是平衡時濃度比，故c不選；

d. CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）是氣體體積縮小的反應，容器中氣體的壓強不再變化，說明反應達到平衡狀態，故d選；

故選bd；

②該化學反應10min內生成CH3OH的反應速率v（CH3OH）= =0.03mol·L-1·min-1。

③由圖CO、H2、CH3OH的濃度分別是：0.3、0.7、0.43mol·L-1，該溫度下，該反應的平衡常數K==；

④若其他條件不變時,15mim時再向容器中加入2 mol CO和 x mol H2，平衡時CO的轉化率與原平衡相同，

該溫度下，該反應的平衡常數K===

則x=1.2。