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(yīng)分為兩步，其能量變化如下圖所示：

（1）甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是            。

II.在容積為1L的密閉容器內(nèi)，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(yīng)。測(cè)得CO₂的濃度隨時(shí)間變化的圖像如圖：

（2）在該溫度下，從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)，CO的平均反應(yīng)速率為               ；

（3）該溫度下，此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為（可以用分?jǐn)?shù)表示）        ；

（4）下列改變中，能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是       。

A．升高溫度               B．增大壓強(qiáng)    

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(shí)c(CO)=1mol·L^-1 , c(H₂O)=2 mol·L^-1，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得H₂的濃度為0.4 mol·L^-1。通過(guò)計(jì)算，判斷此時(shí)該反應(yīng)進(jìn)行的方向并說(shuō)明理由                           。

 

Answer 1

【答案】

（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(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)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(jù)蓋斯定律可知，該反應(yīng)的反應(yīng)熱是ΔH＝-103.3 kJ/mol－33.2 kJ/mol＝—136.5 kJ/mol，則甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是CH₄(g) + 2H₂O(g) ＝ 4H₂(g) + CO₂(g)  ΔH＝—136.5 kJ/mol。

（2）根據(jù)圖像可知，反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)得到平衡狀態(tài)，平衡時(shí)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(yīng)速率是0.03mol/L÷10s＝0.003 mol·L^-1·min^-1。

（3）平衡時(shí)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(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝。

（4）A、正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，A不正確；B、反應(yīng)前后體積不變，增大氧氣平衡不移動(dòng)，B不正確；C、增大水蒸氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，C正確；D、減小CO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，D正確；答案選CD。

（5）若起始時(shí)c(CO)＝1mol·L^-1 , c(H₂O)＝2 mol·L^-1，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得H₂的濃度為0.4 mol·L^-1，這說(shuō)明消耗CO和水蒸氣的濃度均是0.4mol/L，所以平衡時(shí)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(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。

考點(diǎn)：考查反應(yīng)熱、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計(jì)算、外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響以及平衡常數(shù)的應(yīng)用