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【题目】CO、H2 是重要的工业原料,在高温、催化剂存在的条件下,可用甲烷 和水蒸气为原料制取它:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH0

(1)已知:

① 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=-484kJ·mol-1

② CH4(g)+1.5O2(g)=CO(g)+2H2O(g) ΔH2=-564kJ·mol-1。

则ΔH0 =_____。

(2)一定温度下,将一定量甲烷与水蒸气的混合气体置于某密闭容器中发生反应 生成 CO、H2,测得反应体系中平衡时的某种量值 X 与温度(T)、压强(P)之间的关系如图 所示:

若 X 表示 CH4 的百分含量,则 T1_________T2(填“>”“<”“无法确定”,下同),X 还可 以表示_____(在下列选项中选填序号),a、b 两点的平衡常数 K(a) ____K(b)。

A.混合气体的平均摩尔质量 B.CO 的产率 C.ΔH 值

(3)若在 T3 时将 4mol H2O(g)与 a mol CH4 置于 2L 恒容密闭容器中,测得 CO 的 浓度(mol/L)与时间 t(min)的关系如图 所示。

①反应 4min 后达平衡, 反应 4min 内用 H2浓度变化表示的反应速率 v(H2)=__________________

②若在第 5 分钟时改变条件,CO 浓度变化曲线如图 所示,则改变条件可能是____________

(4)从焓变角度上看,反应 CO2(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+O2(g)_____(填“具 有”或“不具有”)自发性。

【答案】+162 kJ/mol > A < 1.125mol/(L·min) 增加CO的量 不具有

【解析】

(1)根据盖斯定律计算CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的焓变;

(2)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),正反应吸热,升高温度平衡正向移动,CH4(g)的百分含量降低;正反应气体系数和增大,增大压强平衡逆向移动。

(3)①根据计算反应速率;

②由图象可知,反应 4min 后达平衡,若在第 5 分钟时改变条件,CO 浓度先突然增大后逐渐减小;

(4)吸热反应不易发生;

(1) ① 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH1=-484kJ·mol-1

② CH4(g)+1.5O2(g)=CO(g)+2H2O(g) ΔH2=-564kJ·mol-1。

根据盖斯定律②-①× 得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH0 =-564kJ·mol-1-(-484kJ·mol-1)× =+162 kJ/mol。

(2)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),正反应吸热,升高温度平衡正向移动,温度越高CH4(g)的百分含量越低,所以T1>T2;

A.增大压强,平衡逆向移动,混合气体的平均摩尔质量增大,所以X 还可以表示混合气体的平均摩尔质量;

B.增大压强,平衡逆向移动,CO 的产率降低,所以X不能表示CO 的产率;

C.ΔH只与热化学方程式的系数有关,增大压强ΔH值不变,所以X不能表示ΔH值;故选A;

平衡常数只与温度有关,CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),正反应吸热,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,T1>T2,所以K(a) <K(b);

(3)①反应 4min 内CO的浓度变化量为1.5mol/L,所以H2浓度变化量为4.5mol/L, 1.125mol/(L·min);

②由图象可知,反应 4min 后达平衡,若在第 5 分钟时改变条件,CO 浓度先突然增大后逐渐减小,则改变条件可能是增加CO的量;

(4)CO、H2的燃烧放热,所以CO2(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+O2(g)正反应吸热,吸热反应不易发生, 所以CO2(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+O2(g)不具有自发性。

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