Question

【题目】研究CO2与CH4的反应使之转化为CO 和H2，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。

（1）已知该转化反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH，则加快该反应的化学反应速率，应采用的有效措施有___________________________（填写两种）。

（2）在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol·L-1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

①由图可知，该反应的ΔH_____0 （填写“大于”或者“小于”），P1、P2、P3、P4由大到小的顺序为_________________________。

②工业生产时一般会选用P4和1250℃进行合成，请解释其原因______________________________。

③在压强为P4、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡点X，则用CO表示该反应的速率为_________________mol·L-1·min-1。

④该温度下，反应的平衡常数K的数学表达式为K=_______，经计算K的数值为K=_____________（保留3位有效数字），若要使K减小可采取的措施是_________________。

（3）CO和H2在工业上还可以通过反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)来制取。

① 在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定已达平衡状态的是_______________

A. H2、CO和H2O的物质的量之比为1:1:1 B.体系压强不再变化

C. 气体平均相对分子质量不变 D.混合气体的密度保持不变

② 在某密闭容器中同时投入四种物质，2min时达到平衡，测得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、2.2molH2(g)和一定量的C(s)，如果此时对体系加压，平衡向_______(填“正”或“逆”)反应方向移动，达到新的平衡后，气体的平均摩尔质量为________________。

Answer 1

【答案】 使用催化剂；升温；增大反应物浓度；增大压强 大于 P4>P3>P2>P1 较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率 0.032 1.64 降温 BCD 逆 12g/mol

【解析】(1)加快反应的化学反应速率，可以采用的有效措施有使用催化剂；升温；增大反应物浓度；增大压强等，故答案为：使用催化剂；升温；增大反应物浓度；增大压强；

(2)①由图可知，升高温度，CH4的平衡转化率增大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH大于0；温度一定时，甲烷的转化率α(P1)＞α(P2)＞α(P3)＞α(P4)，该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应进行，甲烷的转化率降低，故压强P4＞P3＞P2＞P1，故答案为：大于；P4>P3>P2＞P1；

②较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率，工业生产时一般会选用P4和1250℃进行合成，故答案为：较大的压强和温度能加快合成速率，提高生产效率；

③由图1可知，压强为P4、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡X点，是甲烷的转化率为80%，甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L，故v(CH4)= =0.016mol/(Lmin)，根据速率之比等于化学计量数之比，所以v(CO)=2v(CH4)=2×0.16mol/(Lmin)=0.032mol/(Lmin)，故答案为：0.032；

④ CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，

开始(mol/L)：0.1 0.1 0 0

变化(mol/L)：0.08 0.08 0.16 0.16

平衡(mol/L)：0.02 0.02 0.16 0.16

故该温度下平衡常数k===1.64，若要使K减小，需要平衡逆向移动，由于K只与温度应该，可以采取的措施是降温，故答案为： ；1.64；降温；

(3)①A、H2、CO和H2O的物质的量之比为1:1:1，CO与H2的化学计量数为1：1，反应数值按物质的量比为1：1进行，不能说明到达平衡，故A错误；B、正反应方向是个气体体积增大的方向，故随着反应的进行，平衡之前，体系压强会增大，故一旦当体系压强不变，说明反应达平衡，故B正确；C、反应混合物的总质量不变，随反应进行，反应混合物的总的物质的量增大，平均相对分子质量减小，混合气体的平均相对分子质量不发生变化，说明到达平衡，故C正确；D、混合气体的密度ρ=，容器恒容，即V不变，随着反应的进行，混合气体的质量m增大，故ρ增大，一旦当ρ不变时，说明反应达平衡，故D正确；故选BCD；

②根据勒沙特列原理可知，增大压强，平衡向着气体体积减小的方向移动，此反应的逆反应方向是个气体体积减小的方向，故增大压强，向逆反应方向移动；在第2min时，混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量===12g/mol，故答案为：逆；12g/mol。