Question

【题目】某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成甲醚(CH3OCH3)等清洁燃料。由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有：

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1＝+206.1 kJ·mol-1

②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2＝+247.3 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3

请回答下列问题：

（1）在一密闭容器中进行反应①，测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图所示，则在10 min时，改变的外界条件可能是__________________________。

（2）反应③中ΔH3＝_____________。800 ℃时，反应③的平衡常数K＝1，测得该温度下密闭容器中某时刻各物质的物质的量见下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此时反应③中正、逆反应速率的关系式是_________(填代号)。

a．v正>v逆 b．v正<逆 c．v正＝v逆 d．无法判断

（3）如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH4的转化率随时间的变化如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像。___________

（4）某合成气的主要成分中的一氧化碳，在一定条件下也可用NaOH溶液与CO反应生成甲酸钠(HCOONa)，进一步反应生成甲酸来消除CO污染。常温下将a mol的CO通入2 L b mol·L-1NaOH溶液中，恰好完全反应生成甲酸钠和含少量甲酸的混合溶液(假设溶液体积不变)，测得溶液中c(Na+)=c(HCOO-)，则该混合溶液中甲酸的电离平衡常数Ka=_________(用含a和b的代数式表示)。

Answer 1

【答案】 升高温度(或充入水蒸气) -41.2 kJ·mol-1 a （2b×10-7）/（a-2b）

【解析】(1)由图可知，10min时甲烷的浓度继续减小，该反应向正反应方向移动，而该反应为吸热反应，则升高温度符合题意，故答案为：升高温度；

(2)根据盖斯定律可知，①-②可得反应③，则△H3=+206.1kJ/mol-(+247.3kJ/mol)=-41.2kJ/mol，

800℃时，反应③的K=1.0时，正逆反应速率相等，化学平衡不移动；由表格中的数据可知，气体的体积相同，则物质的量与浓度成正比，Q=＜K=1.0，该反应向正反应方向移动，则正反应速率大于逆反应速率，即选a，故答案为：-41.2kJ/mol；a；

(3)甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2，且甲、乙两容器初始容积相等，由图可知，甲的体积不变，乙的压强不变，乙中发生CH4+CO22CO+2H2，其体积增大，则相当于压强减小，化学平衡向正反应方向移动，乙容器中CH4的转化率增大，但压强小，反应速率减慢，则达到平衡的时间变长，则乙中CH4的转化率随时间变化的图像为，故答案为：；

(4)反应平衡时，c(Na+)=c(HCOO-)=bmol/L，据电荷守恒可知：c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，则甲酸电离平衡常数为K===，故答案为： 。