Question

14．合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成二甲醚等清潔燃料．從天然氣獲得合成氣過程中可能發(fā)生的反應(yīng)有：
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=206.1kJ•mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₂=247.3kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
請回答下列問題：
（1）在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，測得CH₄的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖1所示．反應(yīng)進(jìn)行的前5min內(nèi)，v（H₂）=0.3mol/（L•min）；10min時，改變的外界條件可能是升高溫度或充入水蒸氣．

（2）如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和CO₂，使甲、乙兩容器初始容積相等．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)②，并維持反應(yīng)過程中溫度不變．
①可以判斷甲容器中反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是bd．
a．生成CH₄的速率是生成CO的速率的2倍
b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
c．容器內(nèi)氣體的密度保持不變
d．容器內(nèi)各氣體的濃度保持不變
②甲乙兩容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時，下列說法正確的是ab．
a．化學(xué)反應(yīng)速率：v （甲）＞v （乙）
b．甲烷的轉(zhuǎn)化率：α（甲）＜α（乙）
c．壓強(qiáng)：P（甲）=P （乙）
（3）反應(yīng)③中△H₃=-41.2kJ/mol kJ•mol^-1．800℃時，反應(yīng)③的化學(xué)平衡常數(shù)K=1.0，某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見如表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時反應(yīng)③中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系是a（填代號）．
a．v（_正）＞v _（逆） b．v（正）＜v_（逆） c．v_（正）=v_（逆） d．無法判斷．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)V=$\frac{△c}{△t}$求出CH₄的化學(xué)反應(yīng)速率，然后根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，求出H₂的化學(xué)反應(yīng)速率；根據(jù)圖象可知化學(xué)反應(yīng)速率加快，化學(xué)平衡正向移動；
（2）①當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
②由方程式反應(yīng)反應(yīng)向體積增大的方向進(jìn)行，且甲的壓強(qiáng)不乙大，以此判斷；
（3）根據(jù)蓋斯定律可知，①-②可得反應(yīng)③，再利用Q與K的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而確定正逆反應(yīng)速率的關(guān)系．

解答 解：（1）CH₄的化學(xué)反應(yīng)速率為V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L•min），根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，H₂的化學(xué)反應(yīng)速率為0.3mol/（L•min），根據(jù)圖象可知化學(xué)反應(yīng)速率加快，化學(xué)平衡正向移動，根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響和對化學(xué)平衡的影響，可用升高溫度或充入水蒸氣來達(dá)到目的，
故答案為：0.3mol/（L•min）；升高溫度或充入水蒸氣；
（2）①a．生成CH₄的速率是生成CO的速率的2倍，正逆反應(yīng)速率不等，不能得到平衡狀態(tài)，故錯誤；
b．反應(yīng)前后體積不等，則容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，可說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
c．氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，則無論是否達(dá)到怕狀態(tài)，容器內(nèi)氣體的密度都保持不變，故錯誤；
d．容器內(nèi)各氣體的濃度保持不變，可說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確．
故答案為：bd；
②a．反應(yīng)向體積增大的方向移動，甲體積不變，壓強(qiáng)增大，乙保持恒壓，則甲的壓強(qiáng)大，反應(yīng)速率較大，化學(xué)反應(yīng)速率：v （甲）＞v （乙），故正確；
b．甲的壓強(qiáng)較大，則增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，甲中甲烷的轉(zhuǎn)化率較小，甲烷的轉(zhuǎn)化率：α（甲）＜α（乙），故正確；
c．由a分析可知甲的壓強(qiáng)較大，故錯誤．
故答案為：ab；         
（3）根據(jù)蓋斯定律可知，①-②可得反應(yīng)③，則△H₃=+206.1kJ/mol-（+247.3kJ/mol）=-41.2kJ/mol，
800℃時，反應(yīng)③的K=1.0時，正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)平衡不移動；
由表格中的數(shù)據(jù)可知，氣體的體積相同，則物質(zhì)的量與濃度成正比，Q=$\frac{2.0×2.0}{0.5×8.5}$＜K=1.0，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即選a，
故答案為：-41.2 kJ/mol；a．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識點，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計算能力，只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)，注意濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)判斷反應(yīng)平衡移動方向的方法，題目難度中等．