Question

氢气是一种清洁、高效的新型能源。

I.用甲烷制取氢气的反应分为两步，其能量变化如下图所示：

（1）甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是            。

II.在容积为1L的密闭容器内，加入0.1molCO和0.1molH₂O，在催化剂存在的条件下高温加热使其反应。测得CO₂的浓度随时间变化的图像如图：

（2）在该温度下，从反应开始至达到平衡时，CO的平均反应速率为               ；

（3）该温度下，此反应的化学平衡常数为（可以用分数表示）        ；

（4）下列改变中，能使平衡向正反应方向移动的是       。

A．升高温度               B．增大压强    

C．增大H₂O（g）的浓度    D．减少CO₂（g）的浓度

（5）保持温度不变，若起始时c(CO)=1mol·L^-1 , c(H₂O)=2 mol·L^-1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.4 mol·L^-1。通过计算，判断此时该反应进行的方向并说明理由                           。

 

Answer 1

【答案】

（每空2分，共10分）

（1）CH₄(g) + 2H₂O(g) ＝ 4H₂(g) + CO₂(g)  ΔH＝—136.5 kJ/mol

（2）0.003 mol·L^-1·min^-1     （3）     （4）CD

（5）正方向，Q=,所以该反应向正反应方向进行

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知，甲烷和水蒸气的总能量高于氢气和CO₂的总能量，所以根据盖斯定律可知，该反应的反应热是ΔH＝-103.3 kJ/mol－33.2 kJ/mol＝—136.5 kJ/mol，则甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是CH₄(g) + 2H₂O(g) ＝ 4H₂(g) + CO₂(g)  ΔH＝—136.5 kJ/mol。

（2）根据图像可知，反应进行到10min时得到平衡状态，平衡时生成CO₂的浓度是0.03mol/L，则消耗CO的浓度是0.03mol/L，所以CO的反应速率是0.03mol/L÷10s＝0.003 mol·L^-1·min^-1。

（3）平衡时CO和水蒸气的浓度均是0.1mol/L－0.03mol/L＝0.07mol/L。而生成物CO₂和氢气的浓度均是0.03mol/L，所以该温度下反应的平衡常数K＝＝。

（4）A、正方应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，A不正确；B、反应前后体积不变，增大氧气平衡不移动，B不正确；C、增大水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，C正确；D、减小CO₂的浓度，平衡向正反应方向移动，D正确；答案选CD。

（5）若起始时c(CO)＝1mol·L^-1 , c(H₂O)＝2 mol·L^-1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.4 mol·L^-1，这说明消耗CO和水蒸气的浓度均是0.4mol/L，所以平衡时CO和H 水蒸气的浓度分别是0.6mol/L和1.6mol/L，则Q＝，所以该反应向正反应方向进行。

考点：考查反应热、反应速率、平衡常数的计算、外界条件对平衡状态的影响以及平衡常数的应用