Question

(14分)研究CO₂与CH₄的反应使之转化为CO和H₂，对减缓燃料危机，减少温室效应具有重要的意义。
（1）已知：2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)　 △H＝－566 kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)　△H＝－484 kJ·mol^－1
CH₄(g)+2O₂(g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)   △H＝－802 kJ·mol^－1
则CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)　△H＝　 　kJ·mol^－1
（2）在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol·L^－1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应
CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)，测得CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

①据图可知，p₁、p₂、 p₃、p₄由大到小的顺序　  　。
②在压强为p₄、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡点X，则用CO表示该反应的速率为      。该温度下，反应的平衡常数为         。　
（3）CO和H₂在工业上还可以通过反应C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂ (g)来制取。
① 在恒温恒容下，如果从反应物出发建立平衡，可认定平衡已达到的是        

A．体系压强不再变化	B．H2与CO的物质的量之比为1:1
C．混合气体的密度保持不变	D．气体平均相对分子质量为15，且保持不变

② 在某密闭容器中同时投入四种物质，2min时达到平衡，测得容器中有1mol H₂O(g)、1mol CO(g)、2.2molH₂(g)和一定量的C(s)，如果此时对体系加压，平衡向       (填“正”或“逆”)反应方向移动，第5min时达到新的平衡，请在右图中画出2～5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线。

Answer 1

(14分，每空2分)
（1） +248       
（2） ①p₄＞p₃＞p₂＞p₁ 
②0.032mol·L^－1·min^－1   1.64   
（3） ① AC   ② 逆   变化曲线见右图

试题分析：（1）已知
①2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)　 △H₁＝－566 kJ·mol^－1
②2H₂(g)+O₂(g)＝2H₂O(g)　△H₂＝－484 kJ·mol^－1
③CH₄(g)+2O₂(g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)   △H₃＝－802 kJ·mol^－1
根据盖斯定律，③－②－①得：CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)，故△H＝△H₃－△H₂－△H₁＝－802 kJ·mol^－1＋484 kJ·mol^－1＋566 kJ·mol^－1＝＋248kJ·mol^－1。（2）①反应CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)为气体分子数增加的反应，当温度一定时，减小压强，可增大CH₄的转化率，从图像可知，相同温度下，按p₄、p₃、p₂、p₁的顺序CH₄的转化率增大，所以p₄＞p₃＞p₂＞p₁。②根据X点CH₄的转化率求得各物质的平衡浓度分别为：c(CH₄)= c(CO₂)=0.02mol·L^－1，c(CO)= c(H₂)=0.16mol·L^－1，
故v (CO) =  = 0.032mol·L^－1·min^－1；K =  =  = 1.64(mol·L^－1)²(通常不必写单位)。（3）①A项，恒容条件下，随着反应的进行，气体的物质的量增加，压强增大，若体系压强不变，说明达到了平衡状态；B项，从反应物出发建立平衡，则生成的CO和H₂的物质的量总是相等的，所以当H₂与CO的物质的量之比为1:1时不能确定是否达到平衡状态；C项，随着反应的进行，气体的质量增加，而体积不变，所以密度增大，当气体密度不变时，可以认定达到了平衡状态；D项，只有当反应完全生成CO和H₂时，气体平均相对分子质量才能等于15，但一定条件下的可逆反应是不能进行完全的，所以不会出现D项所描述的状态。②加压时，平衡向着气体分子数减小的方向即逆反应方向移动；平衡气体的平均相对分子质量为M =  = 12g·mol^－1，从化学方程式可看出，当正(逆)向平衡移动时，气体的质量变化增加(减少)12g，而气体的物质的量相应增加(减少)1mol，所以混合气体的相对分子质量并不发生变化，即M恒定为12g·mol^－1。