Question

【題目】合成氨所需H2取自CH4，CH4和O2作用成CO2、H2（反應(yīng)①），然而CH4和O2反應(yīng)還能生成CO2、H2O（反應(yīng)②），當(dāng)有水生成時(shí)，H2O和CH4反應(yīng)（反應(yīng)③）。下表 為三個(gè)反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)K。

（1）反應(yīng)①的平衡常數(shù)K①的表達(dá)式為_______________。

（2）反應(yīng)①②③的平衡常數(shù)K①、K②、K③之間的關(guān)系為K②=_____________（用含K①、 K③的式子表示）。反應(yīng)①②③的反應(yīng)焓變：ΔH①、ΔH②、ΔH③之間的關(guān)系為ΔH①= _____________（用含ΔH②、ΔH③的式子表示）。

（3）恒溫條件下，反應(yīng)③的能量與反應(yīng)進(jìn)程關(guān)系應(yīng)對應(yīng)下圖中的_____________，反應(yīng)② 的能量與反應(yīng)進(jìn)程關(guān)系應(yīng)對應(yīng)下圖中的_____________。

（4）為使反應(yīng)盡可能按生成H2的方向進(jìn)行，若只考慮反應(yīng)③，且不降低反應(yīng)速率，可采 取__________措施；若只考慮反應(yīng)①②，除采取控溫措施外，還可采取_____________（寫出兩條措施即可）。

（5）250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，發(fā)生CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)，向40L 的密閉容器中通入6molCO2(g)和6molCH4(g)，平衡時(shí)測得體系中CH4的體積分?jǐn)?shù) 為10%，則混合氣體的密度為______g/L，CO2的轉(zhuǎn)化率為__________（保留三位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】 K①2/K③ (△H②＋△H③)/2 D B 升高溫度 CH4和O2投入比為1：1，或使用只催化反應(yīng)①的催化劑，或者適當(dāng)減壓 9 66.7%

【解析】

（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，K①=；

（2）K①=，K②=，K③=，因此K②=K①2/K③；根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)方程式，△H①=(△H②＋△H③)/2；

（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，隨著溫度的升高，反應(yīng)③的化學(xué)平衡常數(shù)增大，根據(jù)勒夏特列原理，反應(yīng)③的正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，即△H>0，反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，故圖D正確；同理反應(yīng)②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，反應(yīng)②平衡常數(shù)大，說明活化能較低，故圖B正確；

（4）根據(jù)(3)，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可以升高溫度；反應(yīng)①②向正反應(yīng)方向移動(dòng)，不降低反應(yīng)速率，可以采取的措施為CH4和O2投入比為1：1，或使用只催化反應(yīng)①的催化劑，或者適當(dāng)減壓；

（5）令達(dá)到平衡消耗CO2的物質(zhì)的量為xmol，CO2(g)+CH4(g) 2CO(g)+2H2(g)

6 6 0 0

x x 2x 2x

6－x 6－x 2x 2x

CH4的體積分?jǐn)?shù)(6－x)/(12＋2x)×100%=10%，解得x=4，組分都是氣體，氣體總質(zhì)量為(6mol×44g·mol－1＋6mol×14g·mol－1)=360g，容器體積為40L，則氣體密度為360g/40L=9g·L－1；CO2的轉(zhuǎn)化率為4mol/6mol×100%=66.7%。