题目内容
【题目】CH4和H2O(g)可发生催化重整反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。
(1)每消耗8g CH4转移的电子的数目为________________。
(2)已知:①2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H1=akJ·mol-1
②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H2=bkJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=ckJ·mol-1
④CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H4
由此计算△H4=_____________kJ·mol-1。
(3)T℃时,向1L恒容密闭容器中投入1molCH4和1molH2O(g),发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),经过tmin,反应达到平衡。已知平衡时,c(CH4)=0.5mol·L-1。
①0~tmin内,该反应的平均反应速率v(H2)=___________。
②T℃时,该反应的甲烷的转化率是_________。
③下列表述能作为反应达到化学平衡状态的标志是_____________。
a.反应速率v(CH4):v(H2) =1:3 b.各组分的物质的量浓度不再改变
c.混合气体的平均相对分子质量不再改变 d.混合气体的密度不变
e.单位时间内生成n molH2O的同时,生成3n mol H2 f.单位时间内4mol C—H键断裂的同时2mol O—H键也断裂
【答案】3NAc+3b-2amol·L-1·min·-10.5bce;
【解析】
(1)消耗8gCH4转移电子物质的量为mol=3mol,即转移电子个数为3NA;(2)根据盖斯定律,依据目标反应方程式应得出:③+3×②-2×①,即△H=(c+3b-2a)kJ·mol-1;(3)CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)
起始:1 1 0 0
变化:0.5 0.5 0.5 1.5
平衡:0.5 0.5 0.5 1.5 根据化学反应速率的数学表达式,v(H2)= mol/(L·min)=
mol/(L·min);②甲烷的转化率为0.5/1×100%=50%或甲烷的转化率为0.5;③a、没有指明速率的方向,故a错误;b、根据化学平衡状态的定义,各组分物质的量浓度不再改变,说明反应达到平衡,故b正确;c、根据M=m/n,组分都是气体,则气体质量不变,向正反应方向进行,气体物质的量增大,因此当M不再改变,说明反应达到平衡,故c正确;d、根据ρ=m/V,组分都是气体,则气体质量保持不变,容器为恒容状态,因此密度不变,不能说明反应达到平衡,故d错误;e、生成nmolH2O,反应向逆反应方向进行,生成3nmolH2,反应向正反应方向进行,且两者物质的量之比等于系数之比,故e正确;f、断裂C-H键和断裂O-H键反应都是向正反应方向进行,故f错误。
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