题目内容

向反应体系中同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:
I.CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1=-802.6kJ/mol
II.CH4(g)+O2(g)═CO2(g)+2H2(g)△H2=-322.0kJ/mol
III.CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H3=+206.2kJ/mol
Ⅳ.CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H4=+165.0kJ/mol
请回答下列问题:
(1)CH4的燃烧热△H______△H1.(填“>”、“<”或“=”).
(2)在反应初始阶段,反应II的反应速率大于反应III的反应速率.比较反应II的活化能EII和反应III的活化能EIII的大小:EII______EIII(填“>”、“<”或“=”).
(3)在1L固定容积密闭容器中投入1.8mol CH4和3.6mol H2O(g),若只发生反应Ⅳ,测得CH4、H2O(g)及某一生成物的物质的量浓度(c)随反应时间(t)的变化如图所示[第9min前H2O(g)的物质的量浓度及第4min~9min之间X所代表生成物的物质的量浓度变化曲线未标出,条件有变化时只考虑改变一个条件).
①0~4min内,H2的平均反应速率υ(H2)=______mol?-1
②反应在5min时的平衡常数K=______;
③第6min时改变的条件是______;判断理由是______;
④比较第5min时的平衡常数K5min与第10min时平衡常数K10min的大小:K5min______K10min (填“>”、“=”或“<”),原因是______.

【答案】分析:(1)反应生成液态水放出的热量更多;
(2)活化能越低,反应速率越快,初始阶段,反应II的反应速率大于反应III的反应速率;
(3)根据图象0-4min甲烷减少0.5mol/L,X增加0.5mol/L,则X为二氧化碳,4-6min为平衡状态,
     CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)
开始 1.8       3.6      0         0
转化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
结合温度对反应速率的影响来解答.
解答:解:(1)反应生成液态水放出的热量更多,则CH4的燃烧热△H<△H1,故答案为:<;  
(2)活化能越低,反应速率越快,初始阶段,反应II的反应速率大于反应III的反应速率,则反应II的活化能EII<反应III的活化能EIII,故答案为:<;
(3)根据图象0-4min甲烷减少0.5mol/L,X增加0.5mol/L,则X为二氧化碳,4-6min为平衡状态,
     CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)
开始 1.8       3.6      0         0
转化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
①0~4min内,H2的平均反应速率υ(H2)==0.5mol?L-1?min-1,故答案为:0.5;   
②反应在5min时的平衡常数K==0.91,故答案为:0.91;  
③根据图象第6 min~9 min时的反应速率比0~4 min时的大,且平衡向正反应方向移动,说明第6 min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量,再根据第9 min平衡时甲烷浓度为0.7 mol/L,水蒸气浓度为1.4 mol/L,说明甲烷消耗1.1 mol,水蒸气消耗2.2 mol,所以不可能为增加水蒸气的量,因此改变的条件只可能为升高温度,
故答案为:升高温度;第6 min~9 min时的反应速率比0~4 min时的大,且平衡向正反应方向移动,说明第6 min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量,再根据第9 min平衡时甲烷浓度为0.7 mol/L,水蒸气浓度为1.4 mol/L,说明甲烷消耗1.1 mol,水蒸气消耗2.2 mol,所以不可能为增加水蒸气的量,因此改变的条件只可能为升高温度; 
④因正反应为吸热反应,升高温度平衡常数增大,则K5min<K10min,故答案为:<;正反应为吸热反应,升高温度平衡常数增大.
点评:本题考查热化学以及化学反应速率、化学平衡等,意在考查考生分析、处理数据和解答图象试题的能力,解答本题需利用盖斯定律,联系化学平衡、化学平衡常数以及平衡移动原理等,弄清图象的含义,题目难度较大.
练习册系列答案
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(1)850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中,通入一定量的CO和H2O(g),CO和H2O(g)浓度变化如右图所示,下列说法正确的是
AD
AD
(填序号).
A.达到平衡时,反应体系最终会放出49.44kJ热量
B.第4min时,混合气体的平均相对分子质量不再变化,可判断已达到平衡
C.第6min时,若升高温度,反应平衡常数会增大
D.第8min时,若充入CO,会导致v(正)>v(逆),平衡向正反应方向移动
(2)850℃时,若在容积为2L的密闭容器中同时充入1.0mol CO、3.0mol H2O、1.0mol CO2和x mol H2.若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是
x<3
x<3

(3)如将H2 与CO2以4:1的体积比混合,在适当的条件下可制得CH4.已知:
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H1=-890.3kJ/mol
H2(g)+
12
O2(g)═H2O(l)△H2=-285.8kJ/mol
则CO2(g)与H2(g)反应生成CH4(g)与液态水的热化学方程式是
CO2(g)+4H2(g)═CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ/mol
CO2(g)+4H2(g)═CH4(g)+2H2O(l)△H=-252.9kJ/mol

(4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,以CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料为电极.负极反应式为
CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O
CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O
,正极反应式为
O2+2CO2+4e-=2CO32-
O2+2CO2+4e-=2CO32-
.为了使该燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定.为此电池工作时必须有部分A物质参加循环,则A物质的化学式是
CO2
CO2
.实验过程中,若通入了标准状况下空气448L(假设空气中O2体积分数为20%),则熔融盐燃料电池消耗标准状况下CH4
44.8
44.8
L.
向反应体系中同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:
I.CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H1=-802.6kJ/mol
II.CH4(g)+O2(g)═CO2(g)+2H2(g)△H2=-322.0kJ/mol
III.CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H3=+206.2kJ/mol
Ⅳ.CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H4=+165.0kJ/mol
请回答下列问题:
(1)CH4的燃烧热△H
△H1.(填“>”、“<”或“=”).
(2)在反应初始阶段,反应II的反应速率大于反应III的反应速率.比较反应II的活化能EII和反应III的活化能EIII的大小:EII
EIII(填“>”、“<”或“=”).
(3)在1L固定容积密闭容器中投入1.8mol CH4和3.6mol H2O(g),若只发生反应Ⅳ,测得CH4、H2O(g)及某一生成物的物质的量浓度(c)随反应时间(t)的变化如图所示[第9min前H2O(g)的物质的量浓度及第4min~9min之间X所代表生成物的物质的量浓度变化曲线未标出,条件有变化时只考虑改变一个条件).
①0~4min内,H2的平均反应速率υ(H2)=
0.5
0.5
mol?(L?min)-1
②反应在5min时的平衡常数K=
0.91
0.91

③第6min时改变的条件是
升高温度
升高温度
;判断理由是
第6min~9min时的反应速率比0~4min时的大,且平衡向正反应方向移动,说明第6min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量,再根据第9min平衡时甲烷浓度为0.7mol/L,水蒸气浓度为1.4mol/L,说明甲烷消耗1.1mol,水蒸气消耗2.2mol,所以不可能为增加水蒸气的量,因此改变的条件只可能为升高温度
第6min~9min时的反应速率比0~4min时的大,且平衡向正反应方向移动,说明第6min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量,再根据第9min平衡时甲烷浓度为0.7mol/L,水蒸气浓度为1.4mol/L,说明甲烷消耗1.1mol,水蒸气消耗2.2mol,所以不可能为增加水蒸气的量,因此改变的条件只可能为升高温度

④比较第5min时的平衡常数K5min与第10min时平衡常数K10min的大小:K5min
K10min (填“>”、“=”或“<”),原因是
正反应为吸热反应,升高温度平衡常数增大
正反应为吸热反应,升高温度平衡常数增大

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