Question

【题目】甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛。某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。

(1)已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O △H=- Q1kJ·mol-1

C2H2(g)+O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H=- Q2kJ·mol-1

H2(g)+ O2=(g)=H2O(l) △H=- Q3kJ·mol-1

则甲烷气相裂解反应：2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的△H=____________kJ·mol-1

(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。

①T1℃时，向2L恒容密闭容器中充入0.3molCH4，发生反应2CH4(g) C2H6(g)+2H2 (g)，达到平衡时，测得c(C2H4)=c(CH4)。该反应达到平衡时，CH4的转化率为_________________。

②对上述平衡状态，若改变温度至T2℃，经10s后再次达到平衡，c(CH4)=2c(C2H4)，则10s内C2H4平均反应速率r(C2H4) =__________，上述变化过程中T1______T2(填“>”或“<”)，判断理由是_________________。

③对于容器中发生的2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)，列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K_____(用平衡分压代替平衡浓度)；(已知1g0.05=-1.3)。若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数的K值变大。则该条件是：_________(填序号)

A.可能减小了C2H2的浓度 B.一定是升高了温度

C.可能增大了反应体系的压强 D.可能使用了催化剂

Answer 1

【答案】 (3Q3+Q2-2Q1) 66.7% 0.00125mol·L-1·S-1 > 从图象判断出该反应为吸热反应，对比T1℃到T2℃，CH4浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1>T2 5×104 B

【解析】本题主要考查影响化学平衡的外界因素及有关化学平衡的计算。

(1)将已知热化学方程式分别表示为①、②、③，3③+②-2①得甲烷气相裂解反应：2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)的△H=(3Q3+Q2-2Q1)kJ·mol-1。

(2) ①达到平衡时，由碳元素守恒可得c(C2H4)=c(CH4)=0.1mol，CH4的转化率为0.2mol/0.3mol=66.7%。

②由碳元素守恒可得c(CH4)=2c(C2H4)=0.15mol， r(C2H4)=r(CH4)/2=0.05/2/2/10mol·L-1·S-1=0.00125mol·L-1·S-1，上述变化过程中T1>T2，判断理由是从图象判断出该反应为吸热反应，对比T1℃到T2℃，CH4浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1>T2。

③该反应在图中A点温度时CH4(g)、C2H2(g)、H2(g)的平衡分压分别为103、0.05、104，2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)，对应的平衡常数K=1012×0.05/106= 5×104。

若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数的K值变大。则该条件是：B。理由：A.温度不变，K不变；B. 从图象判断出该反应为吸热反应，升温平衡右移，K增大；C. 温度不变，K不变；D. 温度不变，K不变。故选B。