Question

【題目】某合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成甲醚(CH3OCH3)等清潔燃料。由天然氣獲得該合成氣過程中可能發(fā)生的反應(yīng)有：

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1＝+206.1 kJ·mol-1

②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2＝+247.3 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3

請回答下列問題：

（1）在一密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，測得CH4的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖所示，則在10 min時，改變的外界條件可能是__________________________。

（2）反應(yīng)③中ΔH3＝_____________。800 ℃時，反應(yīng)③的平衡常數(shù)K＝1，測得該溫度下密閉容器中某時刻各物質(zhì)的物質(zhì)的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此時反應(yīng)③中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是_________(填代號)。

a．v正>v逆 b．v正<逆 c．v正＝v逆 d．無法判斷

（3）如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2，使甲、乙兩容器初始容積相等。在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)②，并維持反應(yīng)過程中溫度不變。已知甲容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖3所示，請在圖3中畫出乙容器中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖像。___________

（4）某合成氣的主要成分中的一氧化碳，在一定條件下也可用NaOH溶液與CO反應(yīng)生成甲酸鈉(HCOONa)，進(jìn)一步反應(yīng)生成甲酸來消除CO污染。常溫下將a mol的CO通入2 L b mol·L-1NaOH溶液中，恰好完全反應(yīng)生成甲酸鈉和含少量甲酸的混合溶液(假設(shè)溶液體積不變)，測得溶液中c(Na+)=c(HCOO-)，則該混合溶液中甲酸的電離平衡常數(shù)Ka=_________(用含a和b的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】 升高溫度(或充入水蒸氣) -41.2 kJ·mol-1 a （2b×10-7）/（a-2b）

【解析】(1)由圖可知，10min時甲烷的濃度繼續(xù)減小，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，而該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則升高溫度符合題意，故答案為：升高溫度；

(2)根據(jù)蓋斯定律可知，①-②可得反應(yīng)③，則△H3=+206.1kJ/mol-(+247.3kJ/mol)=-41.2kJ/mol，

800℃時，反應(yīng)③的K=1.0時，正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)平衡不移動；由表格中的數(shù)據(jù)可知，氣體的體積相同，則物質(zhì)的量與濃度成正比，Q=＜K=1.0，該反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即選a，故答案為：-41.2kJ/mol；a；

(3)甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強(qiáng)不變，乙中發(fā)生CH4+CO22CO+2H2，其體積增大，則相當(dāng)于壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，乙容器中CH4的轉(zhuǎn)化率增大，但壓強(qiáng)小，反應(yīng)速率減慢，則達(dá)到平衡的時間變長，則乙中CH4的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖像為，故答案為：；

(4)反應(yīng)平衡時，c(Na+)=c(HCOO-)=bmol/L，據(jù)電荷守恒可知：c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，則甲酸電離平衡常數(shù)為K===，故答案為： 。