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【题目】据路透社北京报道,中国石油计划2017年加大在四川省的页岩气开发,制订了在2020年前新增100亿立方米页岩气产能的计划。页岩气主要成分为CH4,请回答下列问题:

(1)页岩气不仅能用作燃料,还可用于生产合成气(CO与H2的混合气),已知:CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,会发生下列反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206 kJ·mol1 ;又知CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=802 kJ·mol1,则CO2与H2O(g)反应生成CO的热化学方程式为_____________。

(2)用合成气生产CH3OH的反应为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH。在10 L的恒容密闭容器中按物质的量之比12充入CO和H2,测得CO的转化率随温度的变化及不同压强下CO的转化率变化如图所示,p2和200 时n(H2)随时间变化结果如表所示。

p2和200 时n(H2)随时间变化

t/min

0

1

3

5

n(H2)/mol

8

5

4

4

ΔH________0(填“<”“=”或“>”)。

你认为可同时提高反应速率和H2转化率的措施是___________________(列举两条即可)。

下列说法正确的是_________(填字母)。

A.温度越高,该反应的平衡常数越大

B.达平衡后再充入稀有气体,H2转化率将提高

C.体系内气体压强不变时,反应达到最大限度

D.图中压强p1<p2

在p2和200 时,反应0~3 min内,用CH3OH表示的平均反应速率v(CH3OH)=

___________________

在p2和200 时,达平衡后再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH,化学平衡______________(填“向正反应方向移动”“向逆反应方向移动”或“不移动”)。

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

(2)<(1分) 增加CO浓度、增大压强(2分) CD(3分)

mol·L1·min1(2分) 向正反应方向移动(2分)

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

(2)p1时,升高温度,CO转化率减小,平衡逆向移动,故该反应的正反应为放热反应,ΔH<0。联想影响化学反应速率和化学平衡移动的因素,增加CO浓度和增加压强既可提高反应速率又可以提高H2转化率。A项,该反应为放热反应,升温化学平衡常数减小。B项,由于容器体积恒定,达平衡后再充入稀有气体,各种物质浓度不变,平衡不移动,H2转化率不变。C项,体系内气体压强不变,说明各种物质浓度恒定,反应达到最大限度。D项,200 时,压强为p2时的CO转化率大于p1时的,说明p1到p2,平衡正向移动,而该反应的正反应为气体分子数减小的反应,故由p1到p2为增大压强,p1<p2反应0~3 min时间段内,反应建立平衡,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·min1p2和200 条件下,达平衡时c(H2)=0.4 mol·L1c(CO)=0.2 mol·L1,c(CH3OH)=0.2 mol·L1,K==6.25 (mol/L)2,达平衡后再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH时,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,平衡向正反应方向移动。

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