Question

6．工业合成甲醇的一种途径中，各物质间的转化关系如图1．

（1）已知M是含有10个电子的分子，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体．反应（I）的化学方程式为CH₄+H₂O$\stackrel{一定条件下}{→}$CO+3H₂．
（2）将2.0molM和2.0mol H₂O （ g ）通入1L的密闭容器中，发生反应（I），测得在一定的压强下反应（I）达到平衡M的转化率与温度的关系如图2．
①假设T₁℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂O （ g ）表示该反应的平均反应速率为0.2．
②反应（I）的平衡常数表达式为K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$．
③反应（I）的△H＞0（填“＞”或“＜”）
（3）关于反应（I）判断正确的是AB
A．增加H₂O（g）的量，M的转化率升高而H₂O（g）的转化率降低
B．若M与H₂O（g）的转化率相同时，二者的初始投入量一定相同
C．M和H₂O（g）初始物质的量之比等于二者转化率之比
（4）该温度下，向容器中充入1molM、3mol H₂O、2mol X、1molY，则起始时该反应速率 V_正＞V_逆（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）根据转化关系图和元素守恒可知M含有碳元素，已知M是含有10个电子的分子，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体，则M为CH₄，X为H₂，Y为CO；
（2）①利用三段式求出转化的H₂O的物质的量，再求出其反应速率；
②平衡常数为：K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；
③根据图象可知温度越高，甲烷的转化率越大，依此判断；
（3）A、通过表中的数据即可得出结论；
B、根据转化率=$\frac{△n}{n}$来分析；
C、CO和H₂O（g）的转化率之比等于计量数之比；
（4）计算出此温度下的平衡常数K的数值，与浓度商Qc作比较，即得出V_正和V_逆的大小关系．

解答 解：（1）根据转化关系图和元素守恒可知M含有碳元素，已知M是含有10个电子的分子，所以M为CH₄，X为单质、Y为化合物，均是还原性的气体，则X为H₂，Y为CO，所以反应的化学方程式为：CH₄+H₂O$\stackrel{一定条件下}{→}$CO+3H₂；
故答案为：CH₄+H₂O$\stackrel{一定条件下}{→}$CO+3H₂；
（2）①设参加反应的甲烷的物质的量为xmol，
            CH₄+H₂O$\stackrel{一定条件下}{→}$CO+3H₂
起始量（mol）：2 2             0 0
转化量（mol）：x x             x 3x
平衡量（mol）：2-x 2-x         x 3x
已知平衡时CH₄的转化率为50%，则 $\frac{x}{2}$×100%=50%，所以x=1，△c（H₂O）=1mol/L，v（H₂O）=$\frac{△c}{t}$=$\frac{1mol/L}{5min}$=0.2mol•L^-1•min^-1；
故答案为：0.2；
②平衡常数为：K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；故答案为：K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；c
③根据图象可知温度越高，甲烷的转化率越大，说明升高温度平衡向正方向移动，所以正方向为吸热反应，即△H＞0；
故答案为：＞；
（3）①A、从表中数据可知增加H₂O（g）的量，CO的转化率升高而H₂O（g）的转化率降低，故A正确；
B、物质的转化率=$\frac{△n}{n}$，而根据反应可知：△n（CO）：△n（H₂O）=计量数之比=1：1，故若CO与H₂O（g）的转化率相同时，二者的初始投入量一定相同，B正确；
C、CO和H₂O（g）的转化率之比等于计量数之比，与初始物质的量成反比，故C错误；
故选：AB；
（4）化学平衡常数K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{1×3{\;}^{3}}{1×1}$=27，在该温度下，向容器中充入1molM、3mol H₂O、2mol X、1molY时，浓度商Qc=$\frac{2{\;}^{3}×1}{1×3}$=$\frac{8}{3}$＜K，则平衡向正反应方向移动，故V_正＞V_逆，
故答案为：＞．

点评 本题考查了物质的推断、方程式的书写、化学平衡的有关计算、平衡常数、反应热的计算等，涉及的知识点较多，题目难度较大，侧重对基本知识的应用的考查，以及对学生综合能力的考查．