Question

向反應體系中同時通入甲烷、氧氣和水蒸氣，發生的主要化學反應有：
I．CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-802.6kJ/mol
II．CH₄（g）+O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂=-322.0kJ/mol
III．CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H₃=+206.2kJ/mol
Ⅳ．CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H₄=+165.0kJ/mol
請回答下列問題：
（1）CH₄的燃燒熱△H

＜

△H₁．（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在反應初始階段，反應II的反應速率大于反應III的反應速率．比較反應II的活化能E_II和反應III的活化能E_III的大小：E_II

＜

E_III（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）在1L固定容積密閉容器中投入1.8mol CH₄和3.6mol H₂O（g），若只發生反應Ⅳ，測得CH₄、H₂O（g）及某一生成物的物質的量濃度（c）隨反應時間（t）的變化如圖所示[第9min前H₂O（g）的物質的量濃度及第4min～9min之間X所代表生成物的物質的量濃度變化曲線未標出，條件有變化時只考慮改變一個條件）．
①0～4min內，H₂的平均反應速率υ（H₂）=

0.5

mol?（L?min）^-1；
②反應在5min時的平衡常數K=

0.91

；
③第6min時改變的條件是

升高溫度

；判斷理由是

第6min～9min時的反應速率比0～4min時的大，且平衡向正反應方向移動，說明第6min改變的條件為升高溫度或增加水蒸氣的量，再根據第9min平衡時甲烷濃度為0.7mol/L，水蒸氣濃度為1.4mol/L，說明甲烷消耗1.1mol，水蒸氣消耗2.2mol，所以不可能為增加水蒸氣的量，因此改變的條件只可能為升高溫度

；
④比較第5min時的平衡常數K_5min與第10min時平衡常數K_10min的大小：K_5min

＜

K_10min （填“＞”、“=”或“＜”），原因是

正反應為吸熱反應，升高溫度平衡常數增大

．

Answer 1

分析：（1）反應生成液態水放出的熱量更多；
（2）活化能越低，反應速率越快，初始階段，反應II的反應速率大于反應III的反應速率；
（3）根據圖象0-4min甲烷減少0.5mol/L，X增加0.5mol/L，則X為二氧化碳，4-6min為平衡狀態，
     CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）
開始 1.8       3.6      0         0
轉化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
結合溫度對反應速率的影響來解答．

解答：解：（1）反應生成液態水放出的熱量更多，則CH₄的燃燒熱△H＜△H₁，故答案為：＜；  
（2）活化能越低，反應速率越快，初始階段，反應II的反應速率大于反應III的反應速率，則反應II的活化能E_II＜反應III的活化能E_III，故答案為：＜；
（3）根據圖象0-4min甲烷減少0.5mol/L，X增加0.5mol/L，則X為二氧化碳，4-6min為平衡狀態，
     CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）
開始 1.8       3.6      0         0
轉化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
①0～4min內，H₂的平均反應速率υ（H₂）=

2mol/L

4min

=0.5mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.5；   
②反應在5min時的平衡常數K=

0.5×24

1.3×2．62

=0.91，故答案為：0.91；  
③根據圖象第6 min～9 min時的反應速率比0～4 min時的大，且平衡向正反應方向移動，說明第6 min改變的條件為升高溫度或增加水蒸氣的量，再根據第9 min平衡時甲烷濃度為0.7 mol/L，水蒸氣濃度為1.4 mol/L，說明甲烷消耗1.1 mol，水蒸氣消耗2.2 mol，所以不可能為增加水蒸氣的量，因此改變的條件只可能為升高溫度，
故答案為：升高溫度；第6 min～9 min時的反應速率比0～4 min時的大，且平衡向正反應方向移動，說明第6 min改變的條件為升高溫度或增加水蒸氣的量，再根據第9 min平衡時甲烷濃度為0.7 mol/L，水蒸氣濃度為1.4 mol/L，說明甲烷消耗1.1 mol，水蒸氣消耗2.2 mol，所以不可能為增加水蒸氣的量，因此改變的條件只可能為升高溫度； 
④因正反應為吸熱反應，升高溫度平衡常數增大，則K_5min＜K_10min，故答案為：＜；正反應為吸熱反應，升高溫度平衡常數增大．

點評：本題考查熱化學以及化學反應速率、化學平衡等，意在考查考生分析、處理數據和解答圖象試題的能力，解答本題需利用蓋斯定律，聯系化學平衡、化學平衡常數以及平衡移動原理等，弄清圖象的含義，題目難度較大．