Question

【題目】頁(yè)巖氣是從頁(yè)巖層中開采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)　ΔH1。已知:CH4、H2、CO的燃燒熱(ΔH)分別為-a kJ·mol-1、-b kJ·mol-1、-c kJ·mol-1;H2O(l)=H2O(g)　ΔH=+d kJ·mol-1。

則ΔH1=______________(用含字母a、b、c、d的代數(shù)式表示)kJ·mol-1。

（2）用合成氣生成甲醇的反應(yīng)為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2,在10 L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

①ΔH2____(填“>”“<”或“=”)0。

②寫出兩條可同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO轉(zhuǎn)化率的措施:_____。

③下列說法正確的是____(填字母)。

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

④0~3 min內(nèi)用CH3OH表示的反應(yīng)速率v(CH3OH)=____mol·L-1·min-1。

⑤200 ℃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、4 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)狀況下充入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 < 增大H2濃度或增大壓強(qiáng) cd (或0.067) 6.25 正向 60%

【解析】（1）已知：①CH4（g）+2O2=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣a kJmol﹣1、②H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=﹣b kJmol﹣1、③CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=﹣c kJmol﹣1；④H2O （l）=H2O（g）△H=+dkJmol﹣1，由蓋斯定律可知，②×3+③﹣①﹣④可得CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g），則△H1=(﹣a+3b+c﹣d)kJmol﹣1。

（2）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。

②增大反應(yīng)速率的主要措施有：溫度升高、壓強(qiáng)增大、增大濃度及使用催化劑，當(dāng)平衡正向移動(dòng)時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率可能增大，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且催化劑不影響化學(xué)平衡的移動(dòng)方向，所以，可以同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO轉(zhuǎn)化率的措施有增大H2濃度、增大壓強(qiáng)。

③a．反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）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，a不正確；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，b不正確；c．反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）在進(jìn)行的過程中，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，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，d正確。綜上所述，說法正確的是cd；

④由表中數(shù)據(jù)可知，3min后該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

　　　 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△

起始濃度（mol/L） 0.4 0.8 0

變化濃度（mol/L） 0.2 0.4 0.2

起始濃度（mol/L） 0.2 0.4 0.2

03min內(nèi)，用CH3OH表示的反應(yīng)速率v（CH3OH）==molL﹣1min﹣1。

⑤由④計(jì)算的平衡狀態(tài)可知，200℃時(shí)平衡常數(shù)K===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，c（H2）=0.6mol/L，c（CH3OH）=0.4mol/L，保持溫度不變，則化學(xué)平衡不變，此時(shí)Qc===2.78＜6.25=K，則此時(shí)平衡應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

（3）甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池，由于CH4完全氧化后的產(chǎn)物為K2CO3，所以，1mol甲烷完全反應(yīng)可轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為8mol．實(shí)際測(cè)得電路中轉(zhuǎn)移1.2mol電子，可知參加反應(yīng)的甲烷為=0.15mol。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，5.6L甲烷的物質(zhì)的量為=0.25mol，甲烷的利用率為=60%。