Question

【题目】甲烷是一种理想的洁净燃料，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>0

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
3.0 mol·L-1	8.5 mol·L-1	2.0 mol·L-1	2.0 mol·L-1

(1)则此时正、逆反应速率的关系是__________ 。（填“>”“<”“=”）

②为了探究温度、压强对上述化学反应速率的影响，某同学设计了以下三组对比实验（温度为360℃或480℃、压强为101 kPa或303 kPa，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
1	360	P	2.00	6.80
2	t	101	2.00	6.80
3	360	101	2.00	6.80

(2)表中t=_________，P=_________；设计实验2、3的目的是______________；

实验l、2、3中反应的化学平衡常数的大小关系是_________（用K1、K2、K3表示）

(3)—定温度下，在容积2L且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物， 一段时间后达到平衡。

容器	甲	乙
反应物投入量	1molCH4、 1molH2O	amolCH4、 amolH2O、 b molCO、 c molH2

经测定甲容器经过5min达到平衡，平衡后甲中气体的压强为开始的1.2倍，甲容器中该反应在5min内的平均速率v(H2)=__________，若要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持化学反应向逆反应方向进行，则b的取值范围为__________________。

Answer 1

【答案】 > 480 303 探究温度对化学反应速率的影响 K1=K3<K2 0.06mol·L-1 min-1 0.2<b≤1

【解析】试题分析：本题考查化学平衡常数的影响因素和应用，化学反应速率和化学平衡的计算，等效平衡的规律，控制变量法设计实验方案。

①此时的浓度商Q=[c(CO)·c3(H2)]/[c(CH4)·c(H2O)]=(223)/(38.5)=0.631，即反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率。

②对比实验1和3，温度、CH4、H2O（g）的初始浓度相同，实验1和实验3是探究压强对化学反应速率的影响，则P=303kPa。对比实验2和实验3，压强、CH4、H2O（g）的初始浓度相同，实验2和实验3是探究温度对化学反应速率的影响，t=480。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1和实验3的温度相同，K1=K3；实验2温度为480℃（高于实验1和实验3的360℃），正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，化学平衡常数增大，则K1=K3K2。

（3）对甲，设起始到平衡转化CH4物质的量为x，用三段式列式：

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

n（起始）（mol） 1 1 0 0

n（转化）（mol） x x x 3x

n（平衡）（mol） 1-x 1-x x 3x

在恒温恒容容器中，气体压强之比等于气体物质的量之比，则（1-x）+（1-x）+x+3x=1.2（1+1），解得x=0.2mol，υ（H2）=30.2mol2L5min=0.06 mol·L-1 min-1；上述平衡时CH4、H2O（g）、CO、H2物质的量依次为0.8mol、0.8mol、0.2mol、0.6mol。要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，乙与甲互为等效平衡，本题的特点是恒温恒容下反应前后气体分子数不等的反应，用极限法一边倒后各物质物质的量对应相等，a、b、c应满足a+b=1、a+=1、c=3b，要维持反应逆向进行，0a0.8，b0.2、c0.6，a取最小值0时，b取最大值1，b的取值范围为0.2b1。

容器特点	反应特点	起始物质的量之间的关系	两次平衡时对应物理量的关系
			含量	n	c	p
恒温恒容	反应前后气体分子数不等	一边倒换算后对应相等	相等	相等	相等	相等
	反应前后气体分子数相等	一边倒换算后对应成比例	相等	成比例	成比例	成比例
恒温恒压	——	一边倒换算后成比例	相等	成比例	相等	相等