Question

【題目】據(jù)路透社北京報道，中國石油計劃2017年加大在四川省的頁巖氣開發(fā)，制訂了在2020年前新增100億立方米頁巖氣產(chǎn)能的計劃。頁巖氣主要成分為CH4，請回答下列問題：

（1）頁巖氣不僅能用作燃料，還可用于生產(chǎn)合成氣（CO與H2的混合氣），已知：CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，會發(fā)生下列反應(yīng)：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206 kJ·mol1 ①；又知CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=802 kJ·mol1②，則CO2與H2O(g)反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式為_____________。

（2）用合成氣生產(chǎn)CH3OH的反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。在10 L的恒容密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，測得CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化及不同壓強下CO的轉(zhuǎn)化率變化如圖所示，p2和200 ℃時n(H2)隨時間變化結(jié)果如表所示。

p2和200 ℃時n(H2)隨時間變化

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8	5	4	4

①ΔH________0（填“<”“=”或“>”）。

②你認(rèn)為可同時提高反應(yīng)速率和H2轉(zhuǎn)化率的措施是___________________（列舉兩條即可）。

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．達平衡后再充入稀有氣體，H2轉(zhuǎn)化率將提高

C．體系內(nèi)氣體壓強不變時，反應(yīng)達到最大限度

D．圖中壓強p1<p2

④在p2和200 ℃時，反應(yīng)0~3 min內(nèi)，用CH3OH表示的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=

___________________。

⑤在p2和200 ℃時，達平衡后再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，化學(xué)平衡______________（填“向正反應(yīng)方向移動”“向逆反應(yīng)方向移動”或“不移動”）。

Answer 1

【答案】（1）CO2(g)+3H2O(g)CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+1008 kJ·mol1（3分）

（2）①<（1分） ②增加CO濃度、增大壓強（2分） ③CD（3分）

④mol·L1·min1（2分） ⑤向正反應(yīng)方向移動（2分）

【解析】（1）CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206 kJ·mol1 ①；又知CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=802 kJ·mol1 ②，由蓋斯定律：①②可得：CO2(g)+3H2O(g)CO(g)+3H2(g)+2O2(g) ΔH=+802 kJ·mol1+206 kJ·mol1=+1008 kJ·mol1。

（2）①p1時，升高溫度，CO轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，故該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0。②聯(lián)想影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的因素，增加CO濃度和增加壓強既可提高反應(yīng)速率又可以提高H2轉(zhuǎn)化率。③A項，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫化學(xué)平衡常數(shù)減小。B項，由于容器體積恒定，達平衡后再充入稀有氣體，各種物質(zhì)濃度不變，平衡不移動，H2轉(zhuǎn)化率不變。C項，體系內(nèi)氣體壓強不變，說明各種物質(zhì)濃度恒定，反應(yīng)達到最大限度。D項，200 ℃時，壓強為p2時的CO轉(zhuǎn)化率大于p1時的，說明p1到p2，平衡正向移動，而該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，故由p1到p2為增大壓強，p1<p2。④反應(yīng)0～3 min時間段內(nèi)，反應(yīng)建立平衡，Δt=3 min，Δn(H2)=8 mol4 mol=4 mol，故Δn(CH3OH)=2 mol，Δc(CH3OH)=0.2 mol·L1，v(CH3OH)==mol·L1·min1。⑤p2和200 ℃條件下，達平衡時c(H2)=0.4 mol·L1，c(CO)=0.2 mol·L1，c(CH3OH)=0.2 mol·L1，K==6.25 (mol/L)2，達平衡后再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH時，c(H2)=0.6 mol·L1，c(CO)=0.4 mol·L1，c(CH3OH)=0.4 mol·L1，Qc==2.78 (mol/L)2<K，平衡向正反應(yīng)方向移動。