Question

合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成二甲醚等清洁燃料。从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有：

① CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)   ΔH₁＝＋206.1 kJ/mol

② CH₄(g)＋CO₂(g)2CO(g)＋2H₂(g)  ΔH₂＝＋247.3 kJ/mol

③ CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)    ΔH₃

请回答下列问题：

⑴ 在一密闭容器中进行反应①，测得CH₄的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。反应进行的前5 min内， v(H₂)＝  ▲  ；10 min时，改变的外界条件可能是  ▲  。

⑵ 如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH₄和CO₂，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH₄的转化率随时间变化的图像如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH₄的转化率随时间变化的图像。

⑶ 反应③中ΔH₃＝  ▲  。800℃时，反应③的化学平衡常数K＝1.0，某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：

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

此时反应③中正、逆反应速率的关系式是  ▲  （填代号）。

a．v(正)＞v(逆)       b．v(正)＜v(逆)        c．v(正)＝v(逆)       d．无法判断

Answer 1

（1）0.3 mol/(L·min)   升高温度

（2）

（3）－41.2 kJ/mol   a

解析:

本题以从甲烷得到合成气的3个反应为载体，考查学生对化学反应速率、化学平衡常数、化学平衡的移动、盖斯定律计算反应热等基本理论知识的掌握情况，以及应用相关知识解决实际问题的能力，具有一定的综合性。

⑴应根据图像先计算CH₄的平均反应速率，再计算H₂的生成速率。10 min时，改变的条件不可能是增大容器体积，否则改变条件的瞬间CH₄浓度应减小。改变的条件可能是升高温度（或充入水蒸气）。

（2）甲容器反应开始后压强增大，乙容器压强不变、体积增大，可看成是由甲容器减压得到，乙容器的反应速率慢、CH₄转化率大。

（3）将反应①减去反应②即可得到反应③的反应热，根据浓度商小于平衡常数可以判断反应向正反应方向进行。v(正)＞v(逆)