Question

氫氣是一種清潔、高效的新型能源。
I.用甲烷制取氫氣的反應分為兩步，其能量變化如下圖所示：

（1）甲烷和水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式是           。
II.在容積為1L的密閉容器內，加入0.1molCO和0.1molH₂O，在催化劑存在的條件下高溫加熱使其反應。測得CO₂的濃度隨時間變化的圖像如圖：

（2）在該溫度下，從反應開始至達到平衡時，CO的平均反應速率為              ；
（3）該溫度下，此反應的化學平衡常數為（可以用分數表示）       ；
（4）下列改變中，能使平衡向正反應方向移動的是      。

A．升高溫度	B．增大壓強
C．增大H2O（g）的濃度	D．減少CO2（g）的濃度

（5）保持溫度不變，若起始時c(CO)=1mol·L^-1 , c(H₂O)="2" mol·L^-1，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.4 mol·L^-1。通過計算，判斷此時該反應進行的方向并說明理由                          。

Answer 1

（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=,所以該反應向正反應方向進行

解析試題分析：（1）根據圖像可知，甲烷和水蒸氣的總能量高于氫氣和CO₂的總能量，所以根據蓋斯定律可知，該反應的反應熱是ΔH＝-103.3 kJ/mol－33.2 kJ/mol＝—136.5 kJ/mol，則甲烷和水蒸氣反應生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式是CH₄(g) + 2H₂O(g) ＝ 4H₂(g) + CO₂(g)  ΔH＝—136.5 kJ/mol。
（2）根據圖像可知，反應進行到10min時得到平衡狀態，平衡時生成CO₂的濃度是0.03mol/L，則消耗CO的濃度是0.03mol/L，所以CO的反應速率是0.03mol/L÷10s＝0.003 mol·L^-1·min^-1。
（3）平衡時CO和水蒸氣的濃度均是0.1mol/L－0.03mol/L＝0.07mol/L。而生成物CO₂和氫氣的濃度均是0.03mol/L，所以該溫度下反應的平衡常數K＝＝。
（4）A、正方應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，A不正確；B、反應前后體積不變，增大氧氣平衡不移動，B不正確；C、增大水蒸氣的濃度，平衡向正反應方向移動，C正確；D、減小CO₂的濃度，平衡向正反應方向移動，D正確；答案選CD。
（5）若起始時c(CO)＝1mol·L^-1 , c(H₂O)＝2 mol·L^-1，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.4 mol·L^-1，這說明消耗CO和水蒸氣的濃度均是0.4mol/L，所以平衡時CO和H 水蒸氣的濃度分別是0.6mol/L和1.6mol/L，則Q＝，所以該反應向正反應方向進行。
考點：考查反應熱、反應速率、平衡常數的計算、外界條件對平衡狀態的影響以及平衡常數的應用