Question

17．隨著環(huán)保意識增強(qiáng)，清潔能源越來越受到人們關(guān)注．甲烷是一種較為理想的潔凈燃料．以下是利用化學(xué)反應(yīng)原理中的有關(guān)知識對甲烷轉(zhuǎn)化問題的研究．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-802.3kJ•mol^-1
H₂O（l）═H₂O（g），△H=+44.0kJ•mol^-1
則1.6g甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水，放出熱量為89.03kJ．
（2）利用甲烷與水反應(yīng)制備氫氣，因原料廉價，具有推廣價值．該反應(yīng)可表示為CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ•mol^-1．為了探究溫度、壓強(qiáng)對上述化學(xué)反應(yīng)速率的影響，某同學(xué)設(shè)計(jì)了以下三組對比實(shí)驗(yàn)（溫度為360℃或480℃、壓強(qiáng)為101kPa或303kPa，其余實(shí)驗(yàn)條件見下表）．

實(shí)驗(yàn)序號	溫度/℃	壓強(qiáng)/kPa	CH4初始濃度/mol•L-1	H2O初始濃度/mol•L-1
1	360	p	2.00	6.80
2	t	101	2.00	6.80
3	360	101	2.00	6.80

表中t=480，p=303；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2、3的目的是探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響．實(shí)驗(yàn)1、2、3中反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是K₂＞K₁=K₃（用K₁、K₂、K₃表示）．
（3）若800℃時，反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ•mol^-1的平衡常數(shù)（K）=1.0，某時刻測得該溫度下密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度如下表：

CH4	H2O	CO	H2
3.0mol•L-1	8.5mol•L-1	2.0mol•L-1	2.0mol•L-1

則此時正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系是C（填標(biāo)號）
A．v（正）＜v（逆）　 　B．v（正）=v（逆）    C．v（正）＞v（逆）     D．無法判斷．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ•mol^-1，②H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1，根據(jù)蓋斯定律，①-②×2得：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1，計(jì)算甲烷的物質(zhì)的量，結(jié)合熱化學(xué)方程式計(jì)算；
（2）實(shí)驗(yàn)探究溫度、壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，對比實(shí)驗(yàn)1、3可知，二者溫度相等，則應(yīng)為探究壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響，對比實(shí)驗(yàn)2、3可知，只有溫度不同，其它條件相同，所以實(shí)驗(yàn)2、3的目的是探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，若溫度升高，平衡向吸熱方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大；
（3）計(jì)算此時濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，進(jìn)而判斷v（正）、v（逆）的相對大小關(guān)系．

解答 解：（1）已知：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ•mol^-1，
②H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2得，甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ•mol^-1，
所以1.6g甲烷氣體的物質(zhì)的量為$\frac{1.6g}{16g/mol}$=0.1mol，故完全燃燒生成液態(tài)水，放出熱量為0.1mol×890.3kJ•mol^-1=89.03kJ，
故答案為：89.03；
（2）三組實(shí)驗(yàn)條件要求溫度為360℃或480℃、壓強(qiáng)為101kPa或303kPa，采取控制變量法，探究溫度、壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，
對比實(shí)驗(yàn)1、3可知，二者溫度相等，則應(yīng)為探究壓強(qiáng)對反應(yīng)速率的影響，而實(shí)驗(yàn)3的壓強(qiáng)為101kPa，故實(shí)驗(yàn)1的壓強(qiáng)p為303kP，
對比實(shí)驗(yàn)2、3可知，二者壓強(qiáng)相等，則應(yīng)為探究溫度對反應(yīng)速率的影響，而實(shí)驗(yàn)3的溫度為360℃，故實(shí)驗(yàn)2的溫度t為480℃，
對比實(shí)驗(yàn)2、3，只有溫度不同，其它條件相同，所以實(shí)驗(yàn)2、3的目的是探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響；
實(shí)驗(yàn)1、3溫度相同，平衡常數(shù)相同，即K₁=K₃，比較實(shí)驗(yàn)1、2，實(shí)驗(yàn)2中溫度高，溫度升高，平衡向吸熱方向移動，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)增大，即K₂＞K₁，所以K₂＞K₁=K₃，
故答案為：480；303；探究溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響；K₂＞K₁=K₃；
（3）此時濃度商Qc=$\frac{2×{2}^{3}}{3×8.5}$=0.63＜平衡常數(shù)K=1，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故v（正）＞v（逆），
故選C．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計(jì)算、影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的探究、化學(xué)平衡常數(shù)的影響因素與應(yīng)用，注意化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與其它物理量無關(guān)．