Question

14．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^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₂=247.3kJ•mol^-1
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）=0.3mol/（L•min）；10min时，改变的外界条件可能是升高温度或充入水蒸气．

（2）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．
①可以判断甲容器中反应已达平衡状态的是bd．
a．生成CH₄的速率是生成CO的速率的2倍
b．容器内压强保持不变
c．容器内气体的密度保持不变
d．容器内各气体的浓度保持不变
②甲乙两容器中反应达到平衡时，下列说法正确的是ab．
a．化学反应速率：v （甲）＞v （乙）
b．甲烷的转化率：α（甲）＜α（乙）
c．压强：P（甲）=P （乙）
（3）反应③中△H₃=-41.2kJ/mol kJ•mol^-1．800℃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如表：

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

此时反应③中正、逆反应速率的关系是a（填代号）．
a．v（_正）＞v _（逆） b．v（正）＜v_（逆） c．v_（正）=v_（逆） d．无法判断．

Answer 1

分析 （1）根据V=$\frac{△c}{△t}$求出CH₄的化学反应速率，然后根据反应速率之比等于化学计量数之比，求出H₂的化学反应速率；根据图象可知化学反应速率加快，化学平衡正向移动；
（2）①当可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
②由方程式反应反应向体积增大的方向进行，且甲的压强不乙大，以此判断；
（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）CH₄的化学反应速率为V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L•min），根据反应速率之比等于化学计量数之比，H₂的化学反应速率为0.3mol/（L•min），根据图象可知化学反应速率加快，化学平衡正向移动，根据外界条件对化学反应速率的影响和对化学平衡的影响，可用升高温度或充入水蒸气来达到目的，
故答案为：0.3mol/（L•min）；升高温度或充入水蒸气；
（2）①a．生成CH₄的速率是生成CO的速率的2倍，正逆反应速率不等，不能得到平衡状态，故错误；
b．反应前后体积不等，则容器内压强保持不变，可说明达到平衡状态，故正确；
c．气体质量不变，容器体积不变，则无论是否达到怕状态，容器内气体的密度都保持不变，故错误；
d．容器内各气体的浓度保持不变，可说明达到平衡状态，故正确．
故答案为：bd；
②a．反应向体积增大的方向移动，甲体积不变，压强增大，乙保持恒压，则甲的压强大，反应速率较大，化学反应速率：v （甲）＞v （乙），故正确；
b．甲的压强较大，则增大压强平衡逆向移动，甲中甲烷的转化率较小，甲烷的转化率：α（甲）＜α（乙），故正确；
c．由a分析可知甲的压强较大，故错误．
故答案为：ab；         
（3）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=$\frac{2.0×2.0}{0.5×8.5}$＜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 本题考查化学平衡计算、化学平衡影响因素、化学平衡状态判断等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态的判断依据，注意浓度商与化学平衡常数判断反应平衡移动方向的方法，题目难度中等．