Question

13．二氧化碳重整甲烷制合成气，对减轻温室效应、治理生态环境具有重要意义．
已知：
反应I：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁
反应II：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）△H₂=+41KJ•mol^-1
反应III：CH₄（g）+H₂O（g）+?CO（g）+3H₂（g）△H₃=+206KJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应I的△H₁₌+247•mol^-1，反应III在高温（填“低温”、“高温”或“任何温度”）自发进行．
（2）在2L恒容密闭容器中通入CO₂用于CH₄各2mol，在一定条件下仅发生反应I，测得CO₂的平衡转化率与压强、温度的关系如，1所示．
①年说明上述反应已达到平衡状态的是AD（选填编号）．
A．V_正（H₂）=V_逆（CO₂）  B．CO与H₂的物质的量之比保持不变  C．容器内气体的密度不变  D．容器内压强不变
②据图1可知，T₁、T₂、T₃由打到小的顺序为T₁＞T₂＞T₃．
③在压强为400KPa、T₂℃的条件下，该反应6min时达到平衡点X，则用H₂表示该反应的速率为0.2mol•L^-1•min^-1．该温度下，反应的平衡常数为12.96．
④如图2，画出在一容积可变的密闭容器中，保持T₂℃，从通入CO₂和CH₄开始，随压强不断增大（压缩容器体积，各物质状态不发生改变），CH₄的物质的量变化的曲线示意图．
⑤下列措施中能够提高该反应体系中CO₂捕获量的是AC．（不考虑溶解吸收）
A．向该反应体系中加入K₂CO₃溶液
B．降低反应体系的温度
C．从反应体系中分离出H₂和CO
D．向该反应体系中加入NH₄Cl溶液

Answer 1

分析 （1）反应II和反应III加和可以得到反应Ⅰ，根据盖斯定律计算反应的焓变；根据反应自发进行的判据△H-T△S＜0来回答；
（2）①化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量不发生变化分析；
②根据温度对化学平衡移动的影响来回答判断；
③根据三行式借助v=$\frac{△c}{△t}$来计算化学反应速率和平衡常数；
④从通入CO₂和CH₄开始，随压强不断增大，CH₄的物质的量逐渐增大，但是达到化学平衡以后，甲烷的物质的量逐渐减小；
⑤根据条件的变化硅二氧化碳的量的影响来回答．

解答 解：（1）应II和反应III嘉禾可以得到反应Ⅰ，根据盖斯定律，反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=41KJ•mol^-1+206KJ•mol^-1=+247•mol^-1
，反应III的焓变△H＞0，△S＞0，要使得△H-T△S＜0，则需要在高温下进行反应，故答案为：+247•mol^-1；高温；
（2）①AV_正（H₂）=V_逆（CO₂），说明正逆反应速率是相等的，达到了平衡，故A正确；
B．CO与H₂的物质的量之比保持不变，不能说明达到了平衡，故B错误；
C．容器内气体的密度等于质量和体积的比值，质量和体系的体积始终不变，所以密度始终是定值，即密度不变不一定平衡，故C错误错；
D．反应是前后气体的体积变化的反应，所以当容器内压强不变，达到了平衡，故D正确，故选AD．
②反应CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247•mol^-1是吸热反应，温度越高，平衡正向移动，二氧化碳的转化率越大，根据图示，压强恒定，温度大小顺序是：T₁＞T₂＞T₃，故答案为：T₁＞T₂＞T₃；
③在压强为400KPa、T₂℃的条件下，该反应6min时，
         CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
初始浓度：1        1        0        0
变化浓度：0.6      0.6      1.2      1.2
平衡浓度：0.4        0.4     1.2      1.2
用H₂表示该反应的速率为$\frac{1.2mol/L}{6min}$=0.2mol•L^-1•min^-1，反应的平衡常数K=$\frac{1．{2}^{2}×1．{2}^{2}}{0.4×0.4}$=12.96，故答案为：0.2mol•L^-1•min^-1；12.96；
④从通入CO₂和CH₄开始，随压强不断增大，CH₄的物质的量逐渐增大，但是达到化学平衡以后，甲烷的物质的量逐渐减小，即如图所示：，故答案为：；
⑤A．向该反应体系中加入K₂CO₃溶液，可以和二氧化碳反应，符合题意，故正确；
B．降低反应体系的温度，会使得平衡逆向移动，不符合题意，故错误；
C．从反应体系中分离出H₂和CO，可以促使更多二氧化碳参与反应被消耗，故正确；
D．向该反应体系中加入NH₄Cl溶液，不会引起二氧化碳量的变化，故错误．
故选AC．

点评 本题综合考查学生化学反应焓变的计算、反应速率和化学平衡的计算以及化学平衡移动的影响因素等知识，属于综合知识的和考察，难度中等．