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CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H＝＋248kJ·mol－1、△S＝310J mol-1·K-1，該反應能自發進行的溫度范圍為____。

（2）在密閉恒容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)，測得CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。

①工業生產時一般會選用P4和1250℃進行合成，請解釋其原因___________。

②在壓強為P3、1000℃的條件下，該反應5min時達到平衡點Y，則用CO表示該反應的速率為_____，該溫度下，反應的平衡常數為_________（保留3位有效數字）。

（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．體系壓強不再變化 B．H2、CO和H2O的物質的量之比為1:1:1

C．混合氣體的密度保持不變 D．混合氣體中H2O的百分含量保持不變

②在某體積可變的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）和足量的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】大于800K 較大的壓強和溫度能加快合成速率，提高生產效率 0.036mol·L－1·min－1 10.5 ACD 逆 12 g/mol

【解析】

（1）根據反應能自發進行分析；

（2）①根據壓強對平衡狀態的影響分析；

②根據計算用CO表示該反應的速率；利用“三段式”計算平衡常數。

（3）①可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些變量也不再變化，據此解答；

②根據增大壓強，平衡向著氣體體積減小的方向移動來分析；根據=計算相對分子質量。

（1）根據，，所以800K；

（2）①溫度越高，反應速率、CH4的平衡轉化率都增大，增大壓強CH4的平衡轉化率降低，但反應速率增大，能提高生產效率，所以工業生產時一般會選用P4和1250℃進行合成；

②

CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)

開始 0.1 0.1 0 0

轉化 0.09 0.09 0.18 0.18

平衡 0.01 0.01 0.18 0.18

0.036mol·L－1·min－1；

10.5

（3）①A．該反應過程中氣體物質的量增大，體系壓強增大，體系壓強不再變化一定平衡，故選A；

B．H2、CO和H2O的物質的量之比為1:1:1時，濃度不一定不再改變，所以不一定平衡，故不選B；

C．反應前后氣體質量是變量，所以密度是變量，若混合氣體的密度保持不變反應一定達到平衡狀態，故選C；

D．反應過程中混合氣體中H2O的百分含量是變量，若保持不變，反應一定達到平衡狀態，故選D。

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；設達到新平衡后有XmolH2被消耗，則有：

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）

起始量（mol） 1 1 2.2

轉變量（mol） X XX
剩余量（mol）（1+X）（1-X） （2.2-X）
混合氣體的平均相對分子質量即平均摩爾質量= =12g/mol。