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：①2CO（g）＋O2（g）=2CO2（g）ΔH＝－566kJ·mol－1

②2H2（g）＋O2（g）=2H2O（g）ΔH＝－484kJ·mol－1

③CH4（g）＋2O2（g）=CO2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－802kJ·mol－1

则CH4（g）＋CO2（g）=2CO（g）＋2H2（g）ΔH＝ kJ·mol－1。

（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），测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图

据图可知，p1、p2、p3、p4由大到小的顺序是 。在压强为p4、1100 ℃的条件下，该反应在5 min时达到平衡点X，该温度下，反应的平衡常数为 。

（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，可认定反应已达到平衡的是__________。

A．体系压强不再变化 B．H2与CO的物质的量之比为1∶1

C．混合气体的密度保持不变 D．气体平均相对分子质量为15，且保持不变

②在某密闭容器中同时投入四种物质，2 min时达到平衡，测得容器中有1 mol H2O（g）、1 mol CO（g）、2.2 molH2（g）和一定量的C（s），若此时对体系加压，则平衡向 （填“正”或“逆”）反应方向移动，第5 min时达到新的平衡，请在右图中画出2～5 min容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。

Answer 1

【答案】

（1）+248；

（2）P4＞P3＞P2＞P1；1.64；

（3）①AC；

②逆；。

【解析】

试题分析：（1）已知反应①2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566kJmol-1，

②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-484kJmol-1，

③CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g） △H=-802kJmol-1，

根据盖斯定律，将③-①-②可得：CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）

△H=（-802kJmol-1）-（-566kJmol-1） -（-484kJmol-1）=+248KJ/mol，故答案为：+248；

（2）由图可知，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；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，

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，故答案为：P4＞P3＞P2＞P1；1.64；

（3）①A、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A正确；B、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B错误；C、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C正确；D、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，但达平衡时，平均相对分子质量不一定是15，故D错误；故选AC；

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。设在第2～5min期间的任何时刻，有XmolH2被消耗，则有：

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g/span>）

初始量（mol）1 1 2.2

转变量（mol）X X X

剩余量（mol）（1+X） （1-X） （2.2-X）

混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量===12，故可知在2～5min期间的任意时刻，混合气体的平均相对分子质量不变，一直是12，故可得2～5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线为，故答案为：逆；。