题目内容
3．甲烷水蒸气重整制合成气是利用甲烷资源的途径之一，该过程的主要反应是反应①：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H＞0
（1）已知：
CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H1=-802kJ•mol-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ•mol-1
H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）△H3=-242kJ•mol-1
则反应①的△H=△H1-△H2-3×△H3（用△H1、△H2和△H3表示）．
（2）其他条件相同，反应①在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图1所示．
①在相同条件下，三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ．
②a点所代表的状态不是（填“是”或“不是”）平衡状态．
③c点CH4的转化率高于b点，原因是b和c都没平衡，c点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高．
（3）反应①在恒容密闭反应器中进行，CH4和H2O的起始物质的量之比为1：2，10h后CH4的转化率为80%，并测得c（H2O）=0.132mol•L-1，计算0～10h内消耗CH4的平均反应速率（写出计算过程，结果保留2位有效数字）．
（4）在如图2的坐标图中，画出反应①分别在700℃和850℃下进行时，CH4的转化率随时间t变化的示意图（进行必要标注）．
分析 （1）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H1=-802kJ•mol-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ•mol-1
③H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）△H3=-242kJ•mol-1
利用盖斯定律将①-②-3×③可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）的反应热；
（2）根据图象，反应①在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CH4的转化率为Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，结合催化剂只改变反应速率不改变平衡移动，所以最终不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CH4的转化率相同；
（3）依据化学平衡的三段式结合平均反应速率V=$\frac{△c}{△t}$列式计算；
（4）CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H＞0，根据温度减小反应速率减小及达到平衡时CH4的转化率减小，据此画出在700℃和850℃下进行时，CH4的转化率随时间t变化的示意图．
解答 解：（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H1=-802kJ•mol-1
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ•mol-1
③H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（g）△H3=-242kJ•mol-1
利用盖斯定律将①-②-3×③可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）
△H=△H1-△H2-3×△H3，
故答案为：△H1-△H2-3×△H3；
（2）①根据图象，反应①在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CH4的转化率为Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，所以三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，故答案为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ；
②因为催化剂只改变反应速率不改变平衡移动，所以最终不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下达平衡时CH4的转化率相同，故a点所代表的状态不是平衡状态，
故答案为：不是；
③此时反应一直向正反应方向移动，b和c都没平衡，c点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高，所以c点CH4的转化率高于b点，
故答案为：b和c都没平衡，c点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高；
（3）依据化学平衡的三段式列式计算，设CH4与H2O（g）物质的量为a，2a；
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
起始量（mol•L-1） a 2a 0 0
变化量（mol•L-1） 2a-0.132 2a-0.132 2a-0.132 6a-0.396
平衡量（mol•L-1） 0.132-a 0.132 2a-0.132 6a-0.396
10h后CH4的转化率为80%，则$\frac{2a-0.132}{a}$=80%，解得a=0.11，所以0～10h内消耗CH4的平均反应速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（2×0.11-0.132）mol/L}{10h}$=8.8×10-3mol/（L•h），
答：0～10h内消耗CH4的平均反应速率为8.8×10-3mol/（L•h）；
（4）700℃时化学反应速率比850℃的小，曲线斜率则700℃小，达到平衡需要的时间长，由于该反应为吸热反应，温度降低，CH4的转化率也减小，所以达到平衡时700℃时CH4的转化率比850℃的小，据此画出700℃时CO2的转化率随时间变化的示意图为
，
故答案为：．
点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用及其化学平衡的影响因素、化学平衡的计算，为高考常见题型，题目难度中等，注意明确化学平衡的影响因素，掌握利用三段式进行化学平衡的计算方法．
天天向上一本好卷系列答案
小学生10分钟应用题系列答案| A． | 推广使用无磷洗衣粉，以减少水体富营养化 | |
| B． | PM2.5是指大气中直径接近于2.5μm（1m=106μm=109nm）的颗粒物，也称可吸入颗粒物，这些细颗粒物分散在空气中形成的分散系是胶体 | |
| C． | 为提高农作物产量大量使用农药和化肥 | |
| D． | 对农作物秸秆进行焚烧还田，以增加土壤肥力 |
| A． | 乙烯的结构简式：CH2CH2 | B． | 乙醇的分子式：CH3CH2OH | ||
| C． | 甲烷的结构式：CH4 | D． | 甲苯的键线式： |
恒温下，向一个4L的密闭容器中充入5.2molH2和2molN2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如表所示：| 时间/min | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
| c（NH3）/mol•L-1 | 0.08 | 0.14 | 0.18 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
A．N2、H2和NH3的浓度不再变化
B．单位时间内消耗n mol N2同时消耗3nmol H2
C.1mol氮氮三键断裂同时6molN-H键断裂
D．容器内总压强不随时间而变化
E．混合气体的密度保持不变
F．混合气体的平均相对分子质量不再改变
②此条件下该反应的化学平衡常数K=0.1，若温度不变，只将容器体积由4L变为2L，达到新平衡时N2的平衡浓度＞0.4mol•L-1（填“＞”、“=”或“＜”）．
③如图所示，隔板K1固定不动，活塞K2可自由移动．T℃时，M、N两个容器中均发生反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），向容器M、N中各充入l mol N2和3mol H2，初始M、N的容积和温度相同，并保持温度不变．下列有关说法中不正确的是A．
A．反应达到平衡时N2的转化率：M＞N
B．H2的体积分数：M＞N
C．容器N中达到平衡，测得容器中含有1.2mol NH3，此时N的容积为VL，则该反应在此条件下的平衡常数K=
$\frac{24{V}^{2}}{12}$
D．该反应在T℃时的平衡常数K：M=N．
利用甲烷与水反应制备氢气，因原料廉价产氢率高，具有实用推广价值．已知：①CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ•mol-1
②CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-42.3kJ•mol-1
（1）甲烷和水蒸气生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为CH4（g）+2H2O（g）=4H2（g）+CO2（g）△H=+163.9 kJ/mol．
（2）为了探究反应条件对反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H=-42.3kJ•mol-1的影响，某活动小组设计了三个实验，实验曲线如图所示
| 编号 | 温度 | 压强 | c始（CO） | c始（H2O） |
| Ⅰ | 530℃ | 3MPa | 1.0mol•L-1 | 3.0mol•L-1 |
| Ⅱ | X | Y | 1.0mol•L-1 | 3.0mol•L-1 |
| Ⅲ | 630℃ | 5MPa | 1.0mol•L-1 | 3.0mol•L-1 |
②实验Ⅲ从开始至平衡，其平均反应速度率v （CO）=0.12mol•L-1•min-1．
③实验Ⅱ达平衡时CO的转化率大于 实验Ⅲ达平衡时CO的转化率（填“大于”、“小于”或“等于”）．
④在530℃时，平衡常数K=1，若往1L容器中投入0.2mol CO（g）、0.2mol H2O（g）、0.1mol CO2（g）、0.1mol H2（g），此时化学反应将正向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移动．
在某容积为2L的密闭容器中，A、B、C、D四种气体物质发生可逆反应，其物质的量n（mol）随时间t（min）的变化如图所示．下列说法正确的是（ ）| A． | 前2min内，v（A）=0.2 mol/（L•min） | |
| B． | 在2min时，图象发生改变的原因只可能是增大压强 | |
| C． | 其他条件不变，3min时体系的压强不再发生变化 | |
| D． | 增加气体D的浓度，A的反应速率随之减小 |
| A． | Na2CO3 | B． | NaOH | C． | Mg（OH）2 | D． | NH3•H2O |