Question

【题目】运用化学反应原理研究化学反应有重要的意义。请回答下列问题：

(1)已知在25 ℃，101 kPa下，断开1 mol H—H键要吸收436 kJ的能量，断开1 mol I—I键要吸收151 kJ的能量，断开1 mol I—H键要吸收298 kJ的能量。

①通过以上数据计算当I2和 H2反应生成2 mol H—I时会放出9kJ的能量；若将1 mol I2和1 mol H2置于密闭容器中，并在上述条件下反应，发现热量实测值（恢复到25 ℃，101 kPa）远小于上述计算值，你认为最可能的原因是_______________________。

(2)一定条件下，甲烷与水蒸气发生反应：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)，工业上可利用此反应生产合成氨原料气H2。

①一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入1.6 mol CH4和2.4 mol H2O(g)发生上述反应，CO(g)的物质的量随时间的变化如图所示。0~2 min内的平均反应速率υ(H2)＝__________ mol·L－1·min－1， 平衡时CH4的转化率为_____________。[转化率＝×100%]

②若要进一步提高该反应的化学反应速率，除了使用催化剂和升高温度外， 还可以采取的措施有_______________________（任写一条）。

③下列能说明上述反应达到平衡状态的是________（填代号）。

a υ逆(CH4)＝3υ正(H2)

b 恒温恒容时，容器内混合气体的密度保持不变

c CH4(g)、H2O(g)的浓度保持不变

d CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量之比为1:1:1:3

e 断开3 mol H-H键的同时断开2 mol O-H键

Answer 1

【答案】反应I2+H2 2HI是可逆反应，1 mol I2和1 mol H2不能完全转化成2 mol HI 0.9 75% 增大反应物（甲烷或水蒸气）的浓度或缩小体积增大压强等 ce

【解析】

本题考查的是可逆反应、化学反应速率、平衡标志。

（1）此小题考查的是可逆反应，可逆反应不能进行彻底，则热量实测值远小于完全反应计算的数值；

（2）①如图所示数据，根据变化量之比等于化学计量数之比，计算出氢气和甲烷的物质的量的变化量，再根据公式和转化率＝×100%进行计算；

②此小题考查的是影响速率的因素。影响速率的外因主要有温度、浓度、压强、催化剂等，若想增大反应速率可以从这几点采取相应的措施；

③根据化学平衡状态的本质和特征判断。

（1）通过题中数据计算，当I2和 H2反应生成2 mol H—I时会放出9kJ的能量；若将1 mol I2和1 mol H2置于密闭容器中，并在上述条件下反应，发现热量实测值（恢复到25 ℃，101 kPa）远小于上述计算值，可能是因为反应I2+H2 2HI是可逆反应，1 mol I2和1 mol H2不能完全转化成2 mol HI。本小题答案为：反应I2+H2 2HI是可逆反应，1 mol I2和1 mol H2不能完全转化成2 mol HI。

（2）①如图所示，CO的物质的量的变化量为1.2mol-0mol=1.2mol，因为物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，氢气的物质的量的变化量是CO的3倍，氢气的物质的量的变化量为3.6mol，氢气的浓度的变化量为3.6mol÷2L=1.8mol/L，υ(H2)=1.8mol/L÷2min=0.9 mol·L－1·min－1；因为甲烷的物质的量的变化量等于CO的物质的量的变化量，甲烷的物质的量的变化量为1.2mol，则平衡时CH4的转化率为1.2mol÷1.6mol=75%。本小题答案为：0.9；75%。

②若要进一步提高该反应的化学反应速率，除了使用催化剂和升高温度外， 还可以增大反应物（甲烷或水蒸气）的浓度或缩小体积增大压强等。本小题答案为：增大反应物（甲烷或水蒸气）的浓度或缩小体积增大压强等。

③a.若用不同的物质表示化学反应速率时，应一个为正反应速率，一个为逆反应速率，且速率之比等于化学计量数之比，则3υ逆(CH4)＝υ正(H2)说明反应达到平衡状态，υ逆(CH4)＝3υ正(H2)反应没有达到平衡，故a不符合题意；

b.恒温恒容时，由于此反应是个气体的质量不变的反应，则气体的密度ρ=m/V一直不变，故不能作为平衡的标志，故b不符合题意；

c. CH4(g)、H2O(g)的浓度保持不变时，其它各组分的浓度也不再变化，故当各组分的浓度不变时，反应达到平衡状态，故c符合题意；

d. CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量之比为1:1:1:3，等于化学计量数之比，只是一个巧合，并不能说明各组分浓度不再变化，故不能作为平衡标志，故d不符合题意；

e. 若用不同的物质表示化学反应速率时，应一个为正反应速率，一个为逆反应速率，且速率之比等于化学计量数之比， 断开 H-H键为逆反应速率，同时断开O-H键为正反应速率，且 H-H键和O-H键的个数比为3:2，说明反应达到平衡状态，故e符合题意。答案选ce。