Question

【題目】CH4和H2O(g)在催化劑表面發(fā)生反應CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，該反應僅在高溫下能自發(fā)進行。

（1）該反應的 ΔH ____0（填“<” “>” 或 “=”）。

（2）T ℃時，向2L密閉容器中投入2mol CH4和1.5mol H2O(g)，發(fā)生上述反應，平衡時CH4的轉化率為50%，該溫度下反應的平衡常數(shù)K=_____。

（3） T ℃時，向1 L密閉容器中投入2 mol CH4、1 mol H2O(g)、3 mol CO、2 mol H2，則反應的v(正)___v(逆) (選填“<” “>”或“=”)

（4）現(xiàn)向三個體積均為2L的恒容密閉容器I、II、Ⅲ中，均分別充入1molCO 和2mo1H2發(fā)生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝-90.1kJ/mol。三個容器的反應溫度分別為Tl、T2、T3且恒定不變。當反應均進行到5min時H2的體積分數(shù)如圖所示，其中只有一個容器中的反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)。

①5min時三個容器中的反應達到化學平衡狀態(tài)的是容器_______（填序號）。

②0-5 min內容器I中用CH3OH表示的化學反應速率v(CH3OH)=_______。（保留兩位有效數(shù)字）

③當三個容器中的反應均達到平衡狀態(tài)時，CO轉化率最高的是容器______。

Answer 1

【答案】> 13.5 > Ⅲ 0.067 mol/（Lmin） Ⅰ

【解析】

（1）根據(jù)反應前后氣體物質的化學計量數(shù)的變化判斷該反應的ΔS>0，且已知該反應僅在高溫下能自發(fā)進行，根據(jù)ΔH-TΔS<0反應可自發(fā)進行，可知ΔH>0；

（2）根據(jù)已知信息列出三段式，計算平衡時刻各物質的濃度，進而計算平衡常數(shù)；

（3）計算此刻反應的濃度商，與平衡常數(shù)比較，判斷反應進行的方向，從而確定正逆反應速率的大小；

（4）①溫度越高，反應速率越快，則達到平衡時間越短，其中只有一個容器中的反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，最有可能是Ⅲ，升溫平衡逆向移動，氫氣含量最大；

②設反應生成的甲醇為x mol/L，根據(jù)已知信息可列出三段式，計算生成的甲醇的濃度，進而利用計算用甲醇表示的化學反應速率；

③該反應為放熱反應，溫度越低，反應向正方向進行的程度越大，CO轉化率越大。

（1）該反應的ΔS>0，已知該反應僅在高溫下能自發(fā)進行，根據(jù)ΔH-TΔS<0反應可自發(fā)進行，可知ΔH>0；

故答案為：>；

（2）T ℃時，向2L密閉容器中投入2 mol CH4和1.5mol H2O(g)，發(fā)生上述反應，平衡時CH4的轉化率為50%，根據(jù)已知信息可列出三段式：

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

開始（mol/L）： 1 0.75 0 0
變化（mol/L）： 0.5 0.5 0.5 1.5

平衡（mol/L）： 0.5 0.25 0.5 1.5

則該溫度下反應的平衡常數(shù)；

故答案為：13.5；

（3）T ℃時，向1 L密閉容器中投入2 mol CH4、1 mol H2O(g)、3 mol CO、2 mol H2，則此刻反應的濃度商<K，則反應向正反應方向進行，v(正)>v(逆)；

故答案為：>；

（4）①三個容器的反應溫度分別為Tl、T2、T3且恒定不變，當反應均進行到5min時H2的體積分數(shù)如圖1所示，溫度越高反應速率越快，達到平衡時間越短，其中只有一個容器中的反應已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，最有可能是Ⅲ，升溫平衡逆向移動，氫氣含量最大；
故答案為：Ⅲ；

②設反應生成的甲醇為x mol/L，則可列出三段式：
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始（mol/L）：0.5 1 0

轉化（mol/L）：x 2x x

5min時（mol/L）：0.5-x 1-2x x

到5min時，氫氣的體積分數(shù)為0.4，則，解得x=，則容器I中用CH3OH

表示的化學反應速率；

故答案為：0.067 mol/（Lmin）；

③該反應為放熱反應，溫度越低，反應向正方向進行的程度越大，則當三個容器中的反應均達到平衡狀態(tài)時，Ⅰ中CO轉化率最大；

故答案為：Ⅰ。