Question

研究CO₂與CH₄的反應使其轉(zhuǎn)化為CO和H₂，對減緩燃料危機，減小溫室效應具有重要的意義．
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-566KJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═-484KJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H═-890KJ/mol
則：CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂ （g）△H═

 

．
（2）在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol?L^-1的甲烷和二氧化碳，在一定條件下發(fā)生反應CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂ （g），測得甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關(guān)系如圖1所示．
①下列事實能說明該反應一定達到平衡的是

 

．
a．CO₂的濃度不再變化
b．v（CH₄）_正=2v（CO）_逆
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
d．CO與H₂的物質(zhì)的量比為1：1
②據(jù)圖可知，p₁、p₂、p₃、p₄由大到小的順序是

 

．
③在壓強為p₄、1100°C的條件下，該反應5min時達到平衡X點，則CO表示該反應的速率為

 

，此時H₂的體積分數(shù)為

 

，該溫度下，反應的平衡常數(shù)為

 

．
④其它條件不變，將溫度升高，請在圖2中把該反應的平衡常數(shù)K的變化趨勢畫出．
．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來計算；
（2）①可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答．解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
②由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），據(jù)此結(jié)合方程式判斷壓強對平衡移動的影響進行解答；
③由圖1可知，壓強為P₄、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡X點，是甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，據(jù)此計算甲烷的濃度變化量，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₄），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（CO）；
利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算該溫度下的平衡常數(shù)；
④根據(jù)反應吸熱，升高溫度，平衡右移，K值增大．

解答： 解：（1）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-566KJ/mol ①
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H═-484KJ/mol ②
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H═-890KJ/mol ③
根據(jù)蓋斯定律，將③-①-②可得：
CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂ （g）△H═（-890KJ/mol ）-（-566KJ/mol ）-（-484KJ/mol ）=+160KJ/mol，
故答案為：+160KJ/mol；
（2）對于CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），故△H=+160kJ?mol^-1，
①、a．平衡時反應混合物各組分的濃度不變，CO₂的濃度不再發(fā)生變化，說明到達平衡，故a正確；
b．υ_正（CH₄）=2υ_逆（CO），則υ_正（CH₄）：υ_逆（CO）=2：1，不等于化學計量數(shù)之比，未處于平衡狀態(tài)，正反應速率大于逆反應速率，平衡向正反應進行，故b錯誤；
c．反應混合物的總質(zhì)量不變，隨反應進行，反應混合物的總的物質(zhì)的量增大，平均相對分子質(zhì)量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不發(fā)生變化，說明到達平衡，故c正確；
d．CO與H₂的化學計量數(shù)為1：1，反應數(shù)值按物質(zhì)的量比為1：1進行，不能說明到達平衡，故d錯誤；
故答案為：ac；
②由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應正反應是氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應進行，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強P₄＞P₃＞P₂＞P₁，故答案為：P₄＞P₃＞P₂＞P₁；
③由圖1可知，壓強為P₄、1100℃的條件下，該反應5min時達到平衡X點，是甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，甲烷的濃度變化量為0.1mol/L×80%=0.08mol/L，故v（CH₄）=

0.08mol/L

5min

=0.016mol/（L?min），根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（CO）=2v（CH₄）=2×0.16mol/（L?min）=0.032mol/（L?min），
              CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），
開始（mol/L）：0.1      0.1      0        0
變化（mol/L）：0.08     0.08     0.16     0.16 
平衡（mol/L）：0.02     0.02     0.16     0.16
H₂的體積分數(shù)=

0.16

0.02+0.02+0.16+0.16

×100%=44.4%
該溫度下平衡常數(shù)k=

0.162×0.162

0.02×0.02

=1.64
故答案為：0.032mol/（L?min）；44.4%；1.64；
④反應吸熱，升高溫度，平衡右移，K值增大，據(jù)此作圖：

故答案為：

點評：本題考查反應熱的計算、影響化學平衡元素、平衡圖象、原電池原理等，題目綜合性較大，難度中等，（3）中負極電極反應式的書寫為難點，易錯點，利用總反應式減去正極反應式可得負極電極反應式．