Question

【题目】甲烷是一种理想的洁净燃料，利用甲烷与水反应制备氢气，因原料廉价，具有推广价值。该反应为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H＞0

(1)800℃时，反应的化学平衡常数K=l.0，某时刻测得该温度下密闭容器中各物质的物质的量浓度如表。则此时正、逆反应速率的关系是____。

CH4	H2O	CO	H2
3.0molL-1	8.5molL-1	2.0molL-1	2.0molL-1

(2)为了探究温度、压强对上述化学反应速率的影响，某同学设计了以下三组对比实验（温度为360℃或480℃、压强为101 kPa或303 kPa，其余实验条件见下表）。

实验序号	温度/℃	压强/kPa	CH4初始浓度/ molL1	H2O初始浓度/ molL1
1	360	p	2.00	6.80
2	t	101	2.00	6.80
3	360	101	2.00	6.80

表中t=____，P=_____；设计实验2、3的目的是________________；

实验l、2、3中反应的化学平衡常数的大小关系是____（用K1、K2、K3表示）。

(3)一定温度下，在容积2L且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

容 器	甲	乙
反应物投入量	1molCH4、1molH2O	a molCH4、a molH2O、b molCO、c molH2

经测定甲容器经过5min达到平衡，平衡后甲中气体的压强为开始的1.2倍，甲容器中该反应在5min内的平均速率υ(H2)＝_______，若要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则b的取值范围为________。

Answer 1

【答案】v正＞ v逆480303探究温度对化学反应速率的影响K1=K3＜K20.06mol·L－1·min－10.2＜b≤1

【解析】

（1）此时的浓度商为=0.63＜平衡常数K=1，所以反应向正反应进行，即v（正）＞v（逆），故答案为：v（正）＞v（逆）；

（2）三组实验条件要求温度为360℃或480℃、压强为101kPa或303kPa，采取控制变量法，探究温度、压强对化学反应速率的影响，由表可知t为480，p为303；

对比实验2、3，只有温度不同，其它条件相同，所以实验2、3的目的是探究温度对化学反应速率的影响；实验1、3温度相同，平衡常数相同，即K1=K3，比较实验1、2，实验2中温度高，温度升高，平衡向吸热方向移动，该反应为吸热反应，所以平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，即K2＞K1，所以K1=K3＜K2，故答案为：480；303；探究温度对化学反应速率的影响；K1=K3＜K2；

(3)设反应的甲烷的物质的量为x，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始（mol）1 1 0 0

反应（mol）x x x 3x

平衡（mol）1-x 1-x x 3x

平衡后甲中气体的压强为开始的1.2倍，即物质的量为开始时的1.2倍，则（1mol-x）+（1mol-x）+x+3x=（1 mol +1 mol）×1.2，解得x=0.2mol，甲容器中该反应在5min内的平均速率υ(H2)＝=0.06mol·L－1·min－1；若要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，即甲乙等效，由于该反应前后气体的物质的量不等，在等温等体积时，需要转换到方程式一边，物质的量分别相等，则b的最大值为1mol，起始时要维持化学反应向逆反应方向进行，则b要大于0.2mol，因此0.2＜b≤1，故答案为：0.06mol·L－1·min－1；0.2＜b≤1。