Question

【題目】能源是人類共同關(guān)注的重要問(wèn)題。頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開(kāi)采出來(lái)的一種非常重要的天然氣資源，頁(yè)巖氣的主要成分是甲烷，是公認(rèn)的潔凈能源。

（1）頁(yè)巖氣不僅能用作燃料，還可用于生產(chǎn)合成氣(CO和H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽(yáng)能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng) CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1

已知：①CH4、H2、CO 的燃燒熱（△H）分別為-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1；

②H2O (l) =H2O(g)； △H=+dkJmol-1

則△H1= ___________（用含字母a、b、c、d的代數(shù)式表示）kJmol-1。

（2）用合成氣生成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2，在10L恒容密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示，200℃時(shí)n(H2)隨時(shí)間的變化如下表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①△H2_________ (填“>”“<”或“ = ”)0。

②下列說(shuō)法正確的是____________ (填標(biāo)號(hào)）。

a.溫度越高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)越大

b.達(dá)平衡后再充入稀有氣體，CO的轉(zhuǎn)化率提高

c.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到最大限度

d.圖中壓強(qiáng)p1<p2

③ 03 min內(nèi)用CH3OH表示的反應(yīng)速率v(CH3OH)=________mol L-1·min-1。

④ 200℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K =_______。向上述200℃達(dá)到平衡的恒容密閉容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持溫度不變，則化學(xué)平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移動(dòng)。

（3）甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池。標(biāo)準(zhǔn)狀況下通入5.6 L甲烷，測(cè)得電路中轉(zhuǎn)移1.2 mol電子，則甲烷的利用率為_________。

Answer 1

【答案】 -a+3b+c–d < cd （或0.067） 6.25 正向 60%

【解析】（1） CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1，已知：①CH4、H2、CO 的燃燒熱（△H）分別為-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1；②H2O (l) =H2O(g)； △H=+dkJmol-1，由蓋斯定律可知，②×3+③-①-④可知，則△H1=-a+3b+c–d kJmol-1。

（2）CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示，200℃時(shí)n(H2)隨時(shí)間的變化如下表所示：，①由圖示可知在恒壓條件下，隨著溫度的升高CO的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H2＜0。②a、正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故a錯(cuò)誤；b.達(dá)平衡后再充入稀有氣體，壓強(qiáng)增大，但平衡不移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；c.CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)，達(dá)到平衡前氣體總物質(zhì)的量在不斷變化，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再變化時(shí)，說(shuō)明混合氣體的總物質(zhì)的量不再改變，反應(yīng)達(dá)到平衡，即反應(yīng)達(dá)到最大限度，故c正確；d.、由圖示可知，在恒溫恒容的條件下，增大壓強(qiáng)，平衡向正方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即圖中壓強(qiáng)p1＜p2，故d正確；故選cd；③由圖表可知，3min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始濃度（mol·L－1） 0.4 0.8 0

變化濃度（mol·L－1） 0.2 0.4 0.2

起始濃度（mol·L－1） 0.2 0.4 0.2

03 min內(nèi)用CH3OH表示的反應(yīng)速率v（CH3OH）=0.2mol·L－1/3min=1/15mol L-1·min-1。④ 200℃時(shí)，200℃時(shí)平衡常數(shù)K=c(CH3OH)/(c(CO)×c2(H2))=0.2/(0.2×0．42)=6.25；向上述200℃達(dá)到平衡的恒容密閉容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH，此時(shí)各物質(zhì)的濃度為c（CO）=0.4mol·L－1，c（H2）=0.6mol·L－1，c（CH3OH）=0.4mol·L－1，保持溫度不變，則此時(shí)Qc=c(CH3OH)/[c(CO)×c2(H2)]=0.4/(0.4×0．62)=2.78＜6.25=K，則此時(shí)平衡應(yīng)向正方向移動(dòng)；（3）甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池,CH4完全氧化后的產(chǎn)物為K2CO3，1mol甲烷完全燃燒轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為[4－（-4）]mol=8mol。測(cè)得電路中轉(zhuǎn)移1.2 mol電子,可知參加反應(yīng)的甲烷為1.2mol/8mol ×1mol=0.15mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下通入5.6 L甲烷的物質(zhì)的量為5.6L/22.4L·mol－1=0.25mol，甲烷的利用率為0.15mol/0.25mol ×100%=60%。