题目内容

合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成二甲醚等清洁燃料.从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有:
①CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H1=+206.1kJ/mol
②CH4(g)+CO2(g)?2CO(g)+2H2(g)△H2=+247.3kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H3
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1所示.反应进行的前5min内,v(H2)=
 
;10min时,改变的外界条件可能是
 
温度(填“升高”或“降低”).
(2)反应③中△H3=
 
.800℃时,反应③的化学平衡常数K=1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表:
COH2OCO2H2
0.5mol8.5mol2.0mol2.0mol
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)<v(逆)      C.v(正)=v(逆)      D.无法判断.
考点:用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素
专题:化学反应中的能量变化,化学平衡专题
分析:(1)根据图可知,前5min内甲烷的浓度由1.00mol/L减小为0.50mol/L,以此计算v(H2),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;
(2)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,则假定甲不变,乙中发生CH4+CO2?2CO+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;
(3)根据盖斯定律可知,①-②可得反应③,再利用Q与K的关系判断反应进行的方向,从而确定正逆反应速率的关系.
解答: 解:(1)根据图可知,前5min内甲烷的浓度由1.00mol/L减小为0.50mol/L,则v(CH4)=
1.00mol/L-0.50mol/L
5min
=0.1mol/(L?min),由化学计量数之比等于反应速率之比,则v(H2)=3×0.1mol/(L?min)=0.3mol/(L?min),由图可知,10min时甲烷的浓度继续减小,且反应速率增大,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:0.3 mol/(L?min);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=
2.0×2.0
0.5×8.5
<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:-41.2 kJ/mol;A.
点评:本题考查化学反应速率的计算,化学平衡的移动及反应方向的判断,难度一般,(2)是学生解答中的难点,注意利用好浓度商与K的关系来解答.
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