Question

20．在1L固定容积密闭容器中投入1.8mol CH₄和3.6mol H₂O（g），若只发生反应CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H＞0测得CH₄、H₂O（g）及某一生成物的物质的量浓度（c）随反应时间（t）的变化如图所示（第9min前H₂O（g）的物质的量浓度及第4min～9min之间X所代表生成物的物质的量浓度变化曲线未标出，条件有变化时只考虑改变一个条件）．
①0～4min内，H₂的平均反应速率v（H₂）=0.5mol•L^-1•min^-1．
②反应在5min时的平衡常数K=$\frac{0.5×{2}^{4}}{1.3×2．{6}^{2}}$（列出计算式的数据表达式不必化简计算）
③第6min时改变的条件是升高温度，比较第5min时的平衡常数K（5min）与第10min时平衡常数K（10min）的大小：K（5min）＜K（10min）（填“＞”、“=”或“＜”），原因是正反应为吸热反应，升高温度平衡常数增大．

Answer 1

分析 ①先计算甲烷的反应速率，再根据同一化学反应中同一时间段内各物质的反应速率是之比等于其计量数之比计算氢气反应速率；
②根据图象0-4min甲烷减少0.5mol/L，X增加0.5mol/L，则X为二氧化碳，4-6min为平衡状态，
     CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）
开始 1.8       3.6      0         0
转化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
根据化学平衡常数公式计算平衡常数；
③该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，生成物浓度增大、反应物浓度减小，据此判断平衡常数大小．

解答 解：①v（CH₄）=$\frac{1.8-1.3}{4}$mol/（L．min）=0.125mol/（L．min），据同一化学反应中同一时间段内各物质的反应速率是之比等于其计量数之比，所以v（H₂）=4v（CH₄）=0.125mol/（L．min）×4=0.5mol/（L．min），
故答案为：0.5；
②根据图象0-4min甲烷减少0.5mol/L，X增加0.5mol/L，则X为二氧化碳，4-6min为平衡状态，
     CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）
开始 1.8       3.6      0         0
转化 0.5         1      0.5       2
平衡 1.3         2.6    0.5       2
则化学平衡常数=$\frac{0.5×{2}^{4}}{1.3×2．{6}^{2}}$，
故答案为：$\frac{0.5×{2}^{4}}{1.3×2．{6}^{2}}$；
③因正反应为吸热反应，升高温度平衡常数增大，则K_5min＜K_10min，故答案为：＜；正反应为吸热反应，升高温度平衡常数增大．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡影响因素等知识点，为高频考点，采用三段式法计算化学平衡常数，注意：计算化学平衡常数时用平衡时浓度而不是物质的量，题目难度不大．