Question

【题目】据路透社北京报道，中国石油计划2017年加大在四川省的页岩气开发，制订了在2020年前新增100亿立方米页岩气产能的计划。页岩气主要成分为CH4，请回答下列问题：

（1）页岩气不仅能用作燃料，还可用于生产合成气（CO与H2的混合气），已知：CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，会发生下列反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206 kJ·mol1 ①；又知CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=802 kJ·mol1②，则CO2与H2O(g)反应生成CO的热化学方程式为_____________。

（2）用合成气生产CH3OH的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。在10 L的恒容密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得CO的转化率随温度的变化及不同压强下CO的转化率变化如图所示，p2和200 ℃时n(H2)随时间变化结果如表所示。

p2和200 ℃时n(H2)随时间变化

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8	5	4	4

①ΔH________0（填“<”“=”或“>”）。

②你认为可同时提高反应速率和H2转化率的措施是___________________（列举两条即可）。

③下列说法正确的是_________（填字母）。

A．温度越高，该反应的平衡常数越大

B．达平衡后再充入稀有气体，H2转化率将提高

C．体系内气体压强不变时，反应达到最大限度

D．图中压强p1<p2

④在p2和200 ℃时，反应0~3 min内，用CH3OH表示的平均反应速率v(CH3OH)=

___________________。

⑤在p2和200 ℃时，达平衡后再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，化学平衡______________（填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”）。

Answer 1

【答案】（1）CO2(g)+3H2O(g)CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+1008 kJ·mol1（3分）

（2）①<（1分） ②增加CO浓度、增大压强（2分） ③CD（3分）

④mol·L1·min1（2分） ⑤向正反应方向移动（2分）

【解析】（1）CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206 kJ·mol1 ①；又知CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=802 kJ·mol1 ②，由盖斯定律：①②可得：CO2(g)+3H2O(g)CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+802 kJ·mol1+206 kJ·mol1=+1008 kJ·mol1。

（2）①p1时，升高温度，CO转化率减小，平衡逆向移动，故该反应的正反应为放热反应，ΔH<0。②联想影响化学反应速率和化学平衡移动的因素，增加CO浓度和增加压强既可提高反应速率又可以提高H2转化率。③A项，该反应为放热反应，升温化学平衡常数减小。B项，由于容器体积恒定，达平衡后再充入稀有气体，各种物质浓度不变，平衡不移动，H2转化率不变。C项，体系内气体压强不变，说明各种物质浓度恒定，反应达到最大限度。D项，200 ℃时，压强为p2时的CO转化率大于p1时的，说明p1到p2，平衡正向移动，而该反应的正反应为气体分子数减小的反应，故由p1到p2为增大压强，p1<p2。④反应0～3 min时间段内，反应建立平衡，Δt=3 min，Δn(H2)=8 mol4 mol=4 mol，故Δn(CH3OH)=2 mol，Δc(CH3OH)=0.2 mol·L1，v(CH3OH)==mol·L1·min1。⑤p2和200 ℃条件下，达平衡时c(H2)=0.4 mol·L1，c(CO)=0.2 mol·L1，c(CH3OH)=0.2 mol·L1，K==6.25 (mol/L)2，达平衡后再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH时，c(H2)=0.6 mol·L1，c(CO)=0.4 mol·L1，c(CH3OH)=0.4 mol·L1，Qc==2.78 (mol/L)2<K，平衡向正反应方向移动。