Question

【題目】研究CO2與CH4的反應使之轉化為CO 和H2，對減緩燃料危機，減少溫室效應具有重要的意義。

（1）已知該轉化反應為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH，則加快該反應的化學反應速率，應采用的有效措施有___________________________（填寫兩種）。

（2）在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1 mol·L-1的CH4與CO2，在一定條件下發生反應CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH，測得CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示。

①由圖可知，該反應的ΔH_____0 （填寫“大于”或者“小于”），P1、P2、P3、P4由大到小的順序為_________________________。

②工業生產時一般會選用P4和1250℃進行合成，請解釋其原因______________________________。

③在壓強為P4、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡點X，則用CO表示該反應的速率為_________________mol·L-1·min-1。

④該溫度下，反應的平衡常數K的數學表達式為K=_______，經計算K的數值為K=_____________（保留3位有效數字），若要使K減小可采取的措施是_________________。

（3）CO和H2在工業上還可以通過反應C(s)+H2O(g) CO(g)+H2 (g)來制取。

① 在恒溫恒容下，如果從反應物出發建立平衡，可認定已達平衡狀態的是_______________

A. H2、CO和H2O的物質的量之比為1:1:1 B.體系壓強不再變化

C. 氣體平均相對分子質量不變 D.混合氣體的密度保持不變

② 在某密閉容器中同時投入四種物質，2min時達到平衡，測得容器中有1mol H2O(g)、1mol CO(g)、2.2molH2(g)和一定量的C(s)，如果此時對體系加壓，平衡向_______(填“正”或“逆”)反應方向移動，達到新的平衡后，氣體的平均摩爾質量為________________。

Answer 1

【答案】 使用催化劑；升溫；增大反應物濃度；增大壓強 大于 P4>P3>P2>P1 較大的壓強和溫度能加快合成速率，提高生產效率 0.032 1.64 降溫 BCD 逆 12g/mol

【解析】(1)加快反應的化學反應速率，可以采用的有效措施有使用催化劑；升溫；增大反應物濃度；增大壓強等，故答案為：使用催化劑；升溫；增大反應物濃度；增大壓強；

(2)①由圖可知，升高溫度，CH4的平衡轉化率增大，平衡正向移動，正反應為吸熱反應，ΔH大于0；溫度一定時，甲烷的轉化率α(P1)＞α(P2)＞α(P3)＞α(P4)，該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應進行，甲烷的轉化率降低，故壓強P4＞P3＞P2＞P1，故答案為：大于；P4>P3>P2＞P1；

②較大的壓強和溫度能加快合成速率，提高生產效率，工業生產時一般會選用P4和1250℃進行合成，故答案為：較大的壓強和溫度能加快合成速率，提高生產效率；

③由圖1可知，壓強為P4、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡X點，是甲烷的轉化率為80%，甲烷的濃度變化量為0.1mol/L×80%=0.08mol/L，故v(CH4)= =0.016mol/(Lmin)，根據速率之比等于化學計量數之比，所以v(CO)=2v(CH4)=2×0.16mol/(Lmin)=0.032mol/(Lmin)，故答案為：0.032；

④ CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，

開始(mol/L)：0.1 0.1 0 0

變化(mol/L)：0.08 0.08 0.16 0.16

平衡(mol/L)：0.02 0.02 0.16 0.16

故該溫度下平衡常數k===1.64，若要使K減小，需要平衡逆向移動，由于K只與溫度應該，可以采取的措施是降溫，故答案為： ；1.64；降溫；

(3)①A、H2、CO和H2O的物質的量之比為1:1:1，CO與H2的化學計量數為1：1，反應數值按物質的量比為1：1進行，不能說明到達平衡，故A錯誤；B、正反應方向是個氣體體積增大的方向，故隨著反應的進行，平衡之前，體系壓強會增大，故一旦當體系壓強不變，說明反應達平衡，故B正確；C、反應混合物的總質量不變，隨反應進行，反應混合物的總的物質的量增大，平均相對分子質量減小，混合氣體的平均相對分子質量不發生變化，說明到達平衡，故C正確；D、混合氣體的密度ρ=，容器恒容，即V不變，隨著反應的進行，混合氣體的質量m增大，故ρ增大，一旦當ρ不變時，說明反應達平衡，故D正確；故選BCD；

②根據勒沙特列原理可知，增大壓強，平衡向著氣體體積減小的方向移動，此反應的逆反應方向是個氣體體積減小的方向，故增大壓強，向逆反應方向移動；在第2min時，混合氣體的平均相對分子質量即平均摩爾質量===12g/mol，故答案為：逆；12g/mol。