Question

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______．
（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．已知甲容器中CH₄的转化率随时间变化的图象如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH₄的转化率随时间变化的图象______．
（3）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：

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．

Answer

（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，则v（CH4）==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，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）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，则乙中CH4的转化率随时间变化的图象为
，故答案为：；
（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=＜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．