Question

17．（1）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积固定为10L的反应容器中，在一定条件下发生反应：
CH₄ （ g ）+H₂O （ g ）?CO （ g ）+3H₂ （ g ），测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图1．

①该反应的△H＞0（填“＞”“＜”或“=”）
②假设100℃时达到平衡所需的时间为3min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为0.05mol/（L•min）．
③100℃时该反应的平衡常数的数值为0.0225．
④可用来判断该反应达到平衡状态的标志有AEF（填字母）．
A．CO的含量保持不变                  B．CH₄浓度与CO浓度相等
C．ν_正（CH₄）=3ν_逆（H₂）              D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的总物质的量保持不变       F．混合气体的压强度保持不变
（2）生成甲醇的反应：CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）△H=-129.0kJ/mol，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．下列说法正确的是CD（填字母）．
A．温度：T₁＞T₂＞T₃
B．正反应速率：ν（a）＞ν（c）； ν（b）＞ν（d）
C．平衡常数：K（a）＞K（c）； K（b）=K（d）
D．平均摩尔质量：M（a）＞M（c）； M（b）＞M（d）
（3）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法之一为：甲醇蒸气重整法．该法中的一个主要反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是该反应是一个熵增的反应．．

Answer 1

分析 （1）①由图可知，温度越高，转化率越大；
②100℃时达到平衡所需的时间为3min，甲烷转化率为50%，则生成氢气为1.5mol，结合v=$\frac{△c}{△t}$计算；
③CH₄ （ g ）+H₂O （ g ）?CO （ g ）+3H₂ （ g ）
开始  0.1            0.2                  0               0
转化  0.05          0.05                0.05          0.15
平衡 0.05          0.15                0.05           0.15
结合平衡浓度计算K；
④结合平衡的特征“等、定”及衍生的物理量判定；
（2）A．该反应为放热反应，温度越低，转化率越低；
B．a、c温度不同，b、d压强不同，温度越大压强越大，反应速率越快；
C．K只与温度有关，温度越高，放热反应的K越小；
D．质量不变，CO的转化率越大，平衡后气体的物质的量越小，则M越大；
（3）由CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）可知，△H＞0，△S＞0，以此来解答．

解答 解：（1）①由图可知，温度越高，转化率越大，则升高温度平衡正向移动，该反应的△H＞0，故答案为：＞；
②100℃时达到平衡所需的时间为3min，甲烷转化率为50%，则生成氢气为1.5mol，用H₂表示该反应的平均反应速率为$\frac{\frac{1.5mol}{10L}}{3min}$=0.05mol/（L•min），
故答案为：0.05；
③CH₄ （ g ）+H₂O （ g ）?CO （ g ）+3H₂ （ g ）
开始  0.1            0.2                  0               0
转化  0.05          0.05                0.05          0.15
平衡 0.05          0.15                0.05           0.15
K=$\frac{0.05×0.1{5}^{3}}{0.05×0.15}$=0.0225，
故答案为：0.0225；
④A．CO的含量保持不变，为平衡状态，故A选；                  
B．CH₄浓度与CO浓度相等，与转化率、起始量有关，不能判断平衡状态，故B不选；
C．ν_正（CH₄）=3ν_逆（H₂），正逆反应速率不等，故C不选；             
D．混合气体的密度始终保持不变，不能判定平衡状态，故D不选；
E．该反应为气体物质的量不等的反应，混合气体的总物质的量保持不变，为平衡状态，故E选；      
F．该反应为气体物质的量不等的反应，混合气体的压强度保持不变，为平衡状态，故F选；
故答案为：AE；
（2）A．该反应为放热反应，温度越低，转化率越低，则温度：T₂＞T₂＞T₁，故A错误；
B．a、c温度不同，b、d压强不同，温度越大压强越大，反应速率越快，则正反应速率：ν（a）＜ν（c）、ν（b）＞ν（d），故B错误；
C．K只与温度有关，温度越高，放热反应的K越小，则平衡常数：K（a）＞K（c）、K（b）=K（d），故C正确；
D．质量不变，CO的转化率越大，平衡后气体的物质的量越小，则M越大，则平均摩尔质量：M（a）＞M（c）、M（b）＞M（d），故D正确；
故答案为：CD；
（3）由CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）可知，△H＞0，△S＞0，△H-T△S＜0的反应可自发进行，则此反应能自发进行的原因是该反应是一个熵增的反应 （△S＞0），故答案为：该反应是一个熵增的反应．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、平衡移动，反应进行方向为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意图象与平衡移动的结合，题目难度不大．