题目内容
合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成二甲醚等清洁燃料．从天然气获得合成气过程中可能发生为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H1=+206.1kJ/mol
请回答下列问题：
（1）在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示．反应中处于平衡状态的时间为
（2）如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等．在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变．已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图象如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图象．
（3）反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g） 800℃时，反应的化学平衡常数K=1.0．
①某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：
此时反应中正、逆反应速率的关系式是
a．v（正）＞v（逆） b．v（正）＜v（逆） c．v（正）=v（逆） d．无法判断
②800℃时，向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H2O，求达到平衡时CO的转化率．
请回答下列问题：
（1）在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示．反应中处于平衡状态的时间为
5～10分钟、12分钟后
5～10分钟、12分钟后
；10min时，改变的外界条件可能是升高温度
升高温度
．（2）如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等．在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变．已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图象如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图象．
（3）反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g） 800℃时，反应的化学平衡常数K=1.0．
①某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：
| CO | H2O | CO2 | H2 |
| 0.5mol | 8.5mol | 2.0mol | 2.0mol |
a
a
（填代号）．a．v（正）＞v（逆） b．v（正）＜v（逆） c．v（正）=v（逆） d．无法判断
②800℃时，向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H2O，求达到平衡时CO的转化率．
分析：（1）由图可知，在5～10分钟、12分钟后，甲烷浓度不变，是平衡状态；10min时甲烷的浓度继续减小，该反应向正反应方向移动，该反应是吸热反应；
（2）甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，且甲、乙两容器初始容积相等，由图可知，甲的体积不变，乙的压强不变，则假定甲不变，乙中发生CH4+CO2?2CO+2H2，其体积增大，则相当于压强减小，化学平衡向正反应方向移动，乙容器中CH4的转化率增大，但压强小，反应速率减慢，则达到平衡的时间变长；
（3）①利用Qc与K的关系判断反应进行的方向，从而确定正逆反应速率的关系；
②800℃时，反应的化学平衡常数K=1.0，利用三段式求出平衡时CO转化的量，再求转化率．
（2）甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，且甲、乙两容器初始容积相等，由图可知，甲的体积不变，乙的压强不变，则假定甲不变，乙中发生CH4+CO2?2CO+2H2，其体积增大，则相当于压强减小，化学平衡向正反应方向移动，乙容器中CH4的转化率增大，但压强小，反应速率减慢，则达到平衡的时间变长；
（3）①利用Qc与K的关系判断反应进行的方向，从而确定正逆反应速率的关系；
②800℃时，反应的化学平衡常数K=1.0，利用三段式求出平衡时CO转化的量，再求转化率．
解答：解：（1）由图可知，由图可知，在5～10分钟、12分钟后，甲烷浓度不变，是平衡状态；10min时甲烷的浓度继续减小，该反应向正反应方向移动，而该反应为吸热反应，则升高温度符合题意，
故答案为：5～10分钟、12分钟后；升高温度；
（2）甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，且甲、乙两容器初始容积相等，由图可知，甲的体积不变，乙的压强不变，则假定甲不变，乙中发生CH4+CO2?2CO+2H2，其体积增大，则相当于压强减小，化学平衡向正反应方向移动，乙容器中CH4的转化率增大，但压强小，反应速率减慢，则达到平衡的时间变长，则乙中CH4的转化率随时间变化的图象为：
，
故答案为：；
（3）由表格中的数据可知，气体的体积相同，则物质的量与浓度成正比，Qc=
＜K=1.0，该反应向正反应方向移动，则正反应速率大于逆反应速率，即选a，
故答案为：a；
②800℃时，反应的化学平衡常数K=1.0，向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H2O，设参加反应的CO为xmol；
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）：2 4 0 0
转化量（mol）：x x x x
平衡量（mol）：2-x 4-x x x
K=
=
=1，
所以x=
mol，
所以平衡时CO的转化率为：
×100%=66.7%，
答：达到平衡时CO的转化率66.7%．
故答案为：5～10分钟、12分钟后；升高温度；
（2）甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，且甲、乙两容器初始容积相等，由图可知，甲的体积不变，乙的压强不变，则假定甲不变，乙中发生CH4+CO2?2CO+2H2，其体积增大，则相当于压强减小，化学平衡向正反应方向移动，乙容器中CH4的转化率增大，但压强小，反应速率减慢，则达到平衡的时间变长，则乙中CH4的转化率随时间变化的图象为：
，故答案为：
；（3）由表格中的数据可知，气体的体积相同，则物质的量与浓度成正比，Qc=
| 2.0×2.0 |
| 2.0×8.5 |
故答案为：a；
②800℃时，反应的化学平衡常数K=1.0，向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H2O，设参加反应的CO为xmol；
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始量（mol）：2 4 0 0
转化量（mol）：x x x x
平衡量（mol）：2-x 4-x x x
K=
| c(CO2)c(H2) |
| c(CO)c(H2O) |
| ||||
|
所以x=
| 4 |
| 3 |
所以平衡时CO的转化率为：
| ||
| 2mol |
答：达到平衡时CO的转化率66.7%．
点评：本题考查化学反应速率的计算，化学平衡的移动及反应方向的判断，平衡常数的应用，难度较大，（2）是学生解答中的难点，注意利用思维转化的方法来解答．
练习册系列答案
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合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成二甲醚等清洁燃料。从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有：
① CH4(g)＋H2O(g)
CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝＋206.1 kJ/mol
② CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝＋247.3 kJ/mol
③ CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3
请回答下列问题：
⑴ 在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。反应进行的前5 min内， v(H2)＝ ▲ ；10 min时，改变的外界条件可能是 ▲ 。
⑵ 如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图像如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像。
⑶ 反应③中ΔH3＝ ▲ 。800℃时，反应③的化学平衡常数K＝1.0，某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：
| CO | H2O | CO2 | H2 |
| 0.5 mol | 8.5 mol | 2.0 mol | 2.0 mol |
此时反应③中正、逆反应速率的关系式是 ▲ （填代号）。
a．v(正)＞v(逆) b．v(正)＜v(逆) c．v(正)＝v(逆) d．无法判断