Question

【題目】(1)已知下列熱化學方程式：

CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H1=+260kJ/mol

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol

請寫出用CH4與O2反應生成CO和H2的的熱化學方程式______________。

(2)在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，其化學平衡常數K與t的關系如下表，請完成下列問題：

t/K	298	398	498
K/(mol/L)-2	4.1×106	K1	K2

①比較K1、K2的大小，K1__________K2(填寫“＞”“=”或“＜”)。

②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據的是_________(填序號字母)。

A.容器內N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 B.3v(N2)(正)=v(H2)(逆)

C.容器內壓強保持不變 D.混合氣體的密度保持不變

③若上述反應達到平衡時，N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2，再向容器中按物質的量之比1：3：2通入N2、H2、NH3，與原平衡相比，N2的物質的量濃度______（填“增大”或“減小”或“不變”，下同），NH3的體積分數__________。

(3)高爐煉鐵中發生的基本反應之一如下：FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) △H＞0。

①其平衡常數可表示為_____________。

②已知1100℃時K=0.263，1100℃時測得高爐中c(CO2)=0.025 mol/L，c(CO)=0.1mol/L，此時CO氣體的轉化率為_________(用百分數表示)，該反應是否處于化學平衡狀態____(選填“是”或“否”)，此時，化學反應速率是υ正____υ逆(選填“大于”、“小于”或“等于”)。

Answer 1

【答案】2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=-46kJ/mol ＞ BC 增加 增加 K= 20% 否 大于

【解析】

(1)根據蓋斯定律計算2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)的焓變△H，進而寫出熱化學方程式；

(2)①根據化學平衡常數是平衡時生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，及合成氨的反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動分析；

②根據反應達到平衡狀態時，正、逆反應速率相等及反應體系中各物質的百分含量不變及混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量不隨時間的改變而改變等判斷平衡狀態；

③再向容器中按物質的量之比為1：3：2通入N2、H2、NH3，相當于增大壓強，平衡向正方向移動，據此判斷；

(3)①化學平衡常數K等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；

②轉化率=×100%；根據濃度商Qc與K的大小關系判斷：若Qc＞K，則反應逆向進行；若Qc=K，則反應不移動；若Qc＜K，則反應正向進行。

(1)CH4與O2反應生成CO和H2的化學方程式為2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)，則

①CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H1=+260kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-566kJ/mol

根據蓋斯定律，將①×2+②，整理可得：2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)的焓變△H=(+260kJ/mol)×2+(-566kJ/mol)=-46kJ/mol，因此該反應的熱化學方程式為2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=-46kJ/mol；

(2)①合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H＜0，正反應是放熱反應，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，則化學平衡常數會減小，所以K1＞K2；

②A.平衡時反應混合物中各組分的含量保持不變，但容器內N2、H2、NH3的濃度之比不一定為1：3：2，因此該特征不能作為判斷平衡的標志，A錯誤；

B.平衡時不同物質表示正、逆反應速率之比等于反應計量數之比，即3v(N2)正=v(H2)逆的狀態是反應達到平衡的狀態，B正確；

C.反應前后氣體體積減小，若壓強不變，說明反應達到平衡，C正確；

D.反應前后氣體的質量不變，容器的體積不變，所以容器內混合氣體密度始終不變，因此不能根據混合氣體的密度保持不變判斷反應處于平衡的狀態，D錯誤；

故合理選項是BC；

③再向容器中按物質的量之比為1：3：2通入N2、H2、NH3，相當于增大壓強，化學平衡向氣體體積減小的正反應方向移動，所以NH3的體積分數增大；雖然化學平衡向正反應方向移動，但平衡移動的趨勢是微弱的，因此達到新的平衡時N2的物質的量濃度增大；

(3)①反應FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)的化學平衡常數K=；

②某一時刻高爐中c(CO2)=0.025 mol/L，c(CO)=0.1mol/L，根據C原子守恒可知，起始時刻c(CO)=0.1mol/L+0.025mol/L=0.125mol/L，CO的變化量為0.025 mol/L，則CO氣體的轉化率=×100%=20%；濃度商Qc==0.25＜0.263=K，所以反應沒有達到平衡狀態，此時化學反應向正反應分析進行，v正＞v逆。