Question

【题目】对甲烷和 CO2 的高效利用不仅能缓解大气变暖，而且对日益枯竭的石油资源也有一定的补充作用，甲烷临氧耦合 CO2 重整反应有：

反应(i)：2CH4(g)＋O2(g)2CO(g)＋4H2(g) △ H=－71.4kJmol-1

反应(ii)：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △ H=+247.0 kJmol-1

(1)写出表示 CO 燃烧热的热化学方程式：_____。

(2)在两个体积均为 2L 的恒容密闭容器中，起始时按表中相应的量加入物质，在相同温度下进行反应(ii)：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) (不发生其它反应)，CO2的平衡转化率如表所示：

容器	起始物质的量(n) / mol				CO2的平衡转化率
	CH4	CO2	CO	H2
Ⅰ	0.1	0.1	0	0	50％
Ⅱ	0.1	0.1	0.2	0.2	/

①下列条件能说明反应达到平衡状态的是_____。

A.v正(CH4) =2v逆(CO)

B.容器内各物质的浓度满足c(CH4)·c(CO2)=c2(CO)·c2(H2)

C.容器内混合气体的总压强不再变化

D.容器内混合气体密度保持不变

②达到平衡时，容器Ⅰ、Ⅱ内 CO 的物质的量的关系满足：2n(CO)Ⅰ_____n(CO)Ⅱ(填“＞”、“＝”或“＜”)

(3)将一定量的甲烷和氧气混合完成反应(i)，其他条件相同，在甲、乙两种不同催化剂作用下， 相同时间内测得 CH4 转化率与温度变化关系如图所示。c 点_____(填“可能”、“一定”或“一定未”)达到平衡状态，理由是_____。

(4)CO2 也可通过催化加氢合成乙醇，其反应原理为：2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g) H<0。设 m 为起始时的投料比，即 m= n(H2)/ n(CO2)。通过实验得到下列图象：

图1 图2 图3

①图 1 中投料比相同，温度从高到低的顺序为_________。

②图 2 中 m1、m2、m3 从大到小的顺序为_________。

③图 3 表示在总压为 5 MPa 的恒压条件下，且 m=3 时，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。T4 温度时，该反应压强平衡常数KP的计算式为_________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，代入数据，不用计算)。

Answer 1

【答案】CO(g)+O2(g)=CO2(g) △ H=－282.7kJmol-1 C ＞ 一定未 催化剂不会影响平衡转化率，在相同条件下，乙催化剂对应的 c 点的转化率没有甲催化剂对应的 b 点的转化率高，所以 c 点一定未平衡 T3＞T2＞T1 m1＞m2＞m3

【解析】

(1)书写燃烧热的热化学方程式，一定要保证：可燃物的化学计量系数为1；可燃物发生完全燃烧；生成产物是在常温常压下稳定存在的物质，根据盖斯定律可得： ；

(2) ①A．2v正(CH4) =v逆(CO)时，反应才达到平衡状态，A项错误；

B．由于平衡常数未知，所以浓度满足上式不一定处于平衡状态，B项错误；

C．由于该反应是在恒温恒容条件下进行的，且属于非等体积反应，根据公式可知，当压强不变，该反应一定达到平衡，C项正确；

D．由于该反应是在恒温恒容条件下进行的，且全为气体参与，根据公式可知，密度恒定与平衡状态无关，D项错误；

答案选C。

②构造容器Ⅲ：除起始物质只加入0.2molCH4和0.2molCO2外，其他条件与Ⅰ、Ⅱ相同；通过分析可知容器Ⅱ、Ⅲ中的平衡等效。容器Ⅲ相比于容器Ⅰ，进料增加了一倍，考虑到反应方程式，所以Ⅲ相比于Ⅰ，平衡逆移，CO的含量下降，所以2n(CO)Ⅰ＞n(CO)Ⅱ；

(3)催化剂对于平衡无影响，相同条件下，加入甲催化剂达到的转化率b高于加入乙催化剂的转化率c，所以c点对应的一定不是平衡状态；

(4) ①由于该反应放热，所以温度越高反应物转化率越低，所以T3＞T2＞T1；

②对于两种反应物的反应，增加其中一种物质的投料，会使另一种物质的转化率提高，所以m1＞m2＞m3；

③由于投料按照化学计量系数比进行，所以反应任意时刻，n(H2):n(CO2)=3:1，且n(乙醇)：n(水)=1:3；所以图中c线为H2，d线为CO2，a线为水，b线为乙醇；结合数据可知，T4时，平衡状态时，H2含量为0.375，CO2为0.125，水为0.375，乙醇为0.125。所以压强平衡常数的表达式为：。