Question

【題目】甲烷是重要的氣體燃料和化工原料。回答下列問(wèn)題：

（1）已知CH4、CO、H2的燃燒熱分別為akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。18g液態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水吸熱dkJ/mol。利用甲烷制備合成氣的化學(xué)方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH。

①ΔH=__kJ/mol。

②一定溫度下，在恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，下列表示反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有___(填字母)。

A.v正(CH4)=v逆(H2O)

B.氣體壓強(qiáng)不再變化

C.單位時(shí)間每消耗1molCH4，同時(shí)產(chǎn)生3molH2

D.CH4與H2的物質(zhì)的量之比為1∶3

（2）在某密閉容器中通入2molCH4和2molH2O(g)，在不同條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，測(cè)得平衡時(shí)CH4的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①p1___p2（填“＜”、“＞”或“=”），該反應(yīng)為___（填吸或放）熱反應(yīng)。

②m、n、q三點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)大小關(guān)系為__。

③若q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為30，此時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為___，該條件下的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=___（用含有P1的表達(dá)式表示，Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)）。

（3）實(shí)驗(yàn)測(cè)定該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp隨溫度變化的曲線是如圖中的___（填a、b），理由是___。

Answer 1

【答案】(b+3c-a-d) AB ＞ 吸 Km＜Kn＜Kq 25% 0.03P12 a 正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大，負(fù)對(duì)數(shù)減小，曲線a滿足

【解析】

(1)①依題意分別寫出燃燒熱化學(xué)反應(yīng)方程式，利用蓋斯定律解答；

②依據(jù)可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài)的判斷方法分析；

(2)①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應(yīng)是體積增大的反應(yīng)，結(jié)合圖像分析在壓強(qiáng)不變的情況下升高溫度，CH4體積分?jǐn)?shù)減小，根據(jù)勒夏特列原理分析；

②化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，結(jié)合圖示各點(diǎn)的溫度大小和反應(yīng)的移動(dòng)方向判斷平衡常數(shù)大小關(guān)系；

③根據(jù)題意和圖像結(jié)合三段式解答計(jì)算；

(3)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，分析溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響。

(1)①CH4、CO、H2的燃燒熱分別為akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。18g液態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水吸熱dkJ/mol。

可得：①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-akJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=- bkJ/mol；

③H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H3=-ckJ/mol；

④H2O(l)=H2O(g) △H4=+dkJ/mol；

根據(jù)蓋斯定律：①-②-③×3-④可得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H=(b+3c-a-d) kJ/mol；

②A．v正(CH4)=v逆(H2O)，等式中有正反應(yīng)速率，逆反應(yīng)速率，且成系數(shù)比，可說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；

B．氣體壓強(qiáng)不再變化，即氣體分子數(shù)不變，可以判斷平衡狀態(tài)，故B正確；

C．單位時(shí)間每消耗1molCH4，同時(shí)產(chǎn)生3molH2是相同的反應(yīng)方向，不能判斷平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；

D．CH4與H2的物質(zhì)的量之比為1∶3不能說(shuō)明物質(zhì)的量及物質(zhì)的量濃度不變，無(wú)法判斷平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；

答案選AB；

(2)①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)增多，故p1＞p2；結(jié)合圖像分析可知，在壓強(qiáng)不變的情況下升高溫度，CH4體積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；

②化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，正反應(yīng)吸熱，升高溫度，K增大，故Km＜Kn＜Kq；

③若q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)為30，說(shuō)明甲烷的體積分?jǐn)?shù)為30%，根據(jù)“三段式”：

則=30%，可得x=0.5，故甲烷的轉(zhuǎn)化率=×100%=25%，相同條件下，物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，該條件下的化學(xué)平衡常數(shù)Kp==0.032；

(3)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大，負(fù)對(duì)數(shù)減小，曲線a滿足。