Question

【題目】CH4和H2O（g）可發生催化重整反應：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）。

（1）每消耗8g CH4轉移的電子的數目為________________。

（2）已知：①2CO（g）+O2（g）=2CO2（g） △H1=akJ·mol－1

②CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H2=bkJ·mol－1

③CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g） △H3=ckJ·mol－1

④CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） △H4

由此計算△H4=_____________kJ·mol－1。

（3）T℃時，向1L恒容密閉容器中投入1molCH4和1molH2O（g），發生反應：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），經過tmin，反應達到平衡。已知平衡時，c（CH4）=0.5mol·L－1。

①0～tmin內，該反應的平均反應速率v（H2）=___________。

②T℃時，該反應的甲烷的轉化率是_________。

③下列表述能作為反應達到化學平衡狀態的標志是_____________。

a.反應速率v(CH4)：v(H2) =1：3 b．各組分的物質的量濃度不再改變

c.混合氣體的平均相對分子質量不再改變 d．混合氣體的密度不變

e.單位時間內生成n molH2O的同時，生成3n mol H2 f．單位時間內4mol C—H鍵斷裂的同時2mol O—H鍵也斷裂

Answer 1

【答案】3NAc+3b－2amol·L－1·min·－10.5bce；

【解析】

（1）消耗8gCH4轉移電子物質的量為mol=3mol，即轉移電子個數為3NA；（2）根據蓋斯定律，依據目標反應方程式應得出：③＋3×②－2×①，即△H=(c＋3b－2a)kJ·mol－1；（3）CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

起始：1 1 0 0

變化：0.5 0.5 0.5 1.5

平衡：0.5 0.5 0.5 1.5 根據化學反應速率的數學表達式，v(H2)= mol/(L·min)= mol/(L·min)；②甲烷的轉化率為0.5/1×100%=50%或甲烷的轉化率為0.5；③a、沒有指明速率的方向，故a錯誤；b、根據化學平衡狀態的定義，各組分物質的量濃度不再改變，說明反應達到平衡，故b正確；c、根據M=m/n，組分都是氣體，則氣體質量不變，向正反應方向進行，氣體物質的量增大，因此當M不再改變，說明反應達到平衡，故c正確；d、根據ρ=m/V，組分都是氣體，則氣體質量保持不變，容器為恒容狀態，因此密度不變，不能說明反應達到平衡，故d錯誤；e、生成nmolH2O，反應向逆反應方向進行，生成3nmolH2，反應向正反應方向進行，且兩者物質的量之比等于系數之比，故e正確；f、斷裂C－H鍵和斷裂O－H鍵反應都是向正反應方向進行，故f錯誤。