Question

随着环保意识增强，清洁能源越来越受到人们关注．
（1）甲烷是一种理想的洁净燃料．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ?mol^-1
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
则4.8g甲烷气体完全燃烧生成液态水，放出热量为

267.1kJ

．
（2）利用甲烷与水反应制备氢气，因原料廉价，具有推广价值．
该反应为CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ?mol^-1．
①若800℃时，反应的化学平衡常数K=l.0，某时刻测得该温度下密闭容器中各物质的物质的量浓度如下表．

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

则此时正、逆反应速率的关系是

A

．（填下列相关选项的字母符号）
A．v（正）＞v（逆）  B．v（正）＜v（逆）C．v（正）=v（逆）D．无法判断
②为了探究温度、压强对上述化学反应速率的影响，张山同学设计了以下三组对比实验（温度为360℃或480℃、压强为101kPa或303kPa，其余实验条件见下表）．

实验序号	温度/℃	压强/kPa	CH4初始浓度/mol?L-1	H2O初始浓度/mol?L-1	K
1	360	P	2.00	6.80	K1
2	t	101	2.00	6.80	K2
3	360	101	2.00	6.80	K3

表中t=

480

，P=

303

；
设计实验2、3的目的是

探究温度对化学反应速率的影响

；
实验l、2、3中反应的化学平衡常数的大小关系是

K₂＞K₁=K₃

（用K₁、K₂、K₃表示）．
（3）利用催化剂，通过两步反应可将水分解制得氢气，若第一步反应为：MnFe₂O₄

＞1000K  .

MnFe₂O_4-x+

x

2

□↑，则框内物质为

O₂

；
第二步反应的化学方程式为

xH₂O+MnFe₂O_4-x=MnFe₂O₄+xH₂↑

（可不写反应条件）．

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律写出甲烷气体完全燃烧生成液态水的热化学方程式，再根据反应热计算；
（2）①计算出该时刻时的浓度商，与平衡常数相比，判断反应进行方向，据此解答；
②采取控制变量法，根据三组对比实验的要求条件判断T、P的值；
采取控制变量法，对比实验2、3的条件不同，分析实验目的；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，若温度升高，平衡向吸热方向移动，即向正反应方向移动，平衡常数增大；
（3）根据质量守恒，可知未知物为氧气；
两步反应总和为水的分解反应，减去第一步反应即为第二步反应．

解答：解：（1）已知反应：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ?mol^-1，
②H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1，
①-②×2得，甲烷气体完全燃烧生成液态水的热化学方程式为CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ?mol^-1，
所以4.8g甲烷气体完全燃烧生成液态水，放出热量为

4.8g

16g/mol

×890.3kJ?mol^-1=267.1kJ，
故答案为：267.1kJ；
（2）①此时的浓度商为

2.0mol/L×(2.0mol/L)3

3.0mol/L×8.5mol/L

=0.63，小于平衡常数k=1，所以反应向正反应进行，即v（正）＞v（逆），
故答案为：A；
②三组实验条件要求温度为360℃或480℃、压强为101kPa或303kPa，采取控制变量法，探究温度、压强对化学反应速率的影响，由表可知t为480，p为303；
对比实验2、3，只有温度不同，其它条件相同，所以实验2、3的目的是探究温度对化学反应速率的影响；
实验1、3温度相同，平衡常数相同，即K₁=K₃，比较实验1、2，实验2中温度高，温度升高，平衡向吸热方向移动，该反应为吸热反应，所以平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，即K₂＞K₁，所以K₂＞K₁=K₃，
故答案为：480；303；探究温度对化学反应速率的影响；K₂＞K₁=K₃；
（3）根据质量守恒，可知未知物为氧气O₂；
水分解反应为2H₂O=O₂↑+2H₂↑，第一步反应为MnFe₂O₄

＞1000K  .

MnFe₂O_4-x+

x

2

O₂↑，水的分解反应减去第一步反应即为第二步反应，所以第二步反应为xH₂O+MnFe₂O_4-x=MnFe₂O₄+xH₂↑．
故答案为：O₂；xH₂O+MnFe₂O_4-x=MnFe₂O₄+xH₂↑．

点评：本题考查了温度对化学反应速率的影响等知识点，难度不大，注意化学平衡常数只与温度有关，与其他物理量无关．