Question

氢气是一种清洁能。用甲烷制取氢气的两步反应的能量变化如下图所示：

（1）甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是                 。

（2）第II步为可逆反应。在800℃时，若CO的起始浓度为2.0 mol/L，水蒸气的起始浓度为3.0 mol/L，达到化学平衡状态后，测得CO₂的浓度为1.2 mol/L，则此反应的平衡常数为            ，随着温度升高该反应的化学平衡常数的变化趋势是            。

（3）在恒温恒容密闭容器中进行的第II步反应，下列说法中能表示达到平衡状态的是______（填序号）。

a. 四种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比

b. 单位时间内断开amol H－H键的同时断开2a mol O－H键

c. 反应容器中放出的热量不再变化

d. 混合气体的密度不再发生变化

e. 混合气体的压强不再发生变化

（4）某温度下，第II步反应的平衡常数为K＝1/9。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H₂O（g）和CO（g），其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是       。

起始浓度	甲	乙	丙
c（H2O）/ mol/L	0.010	0.020	0.020
c（CO）/ mol/L	0.010	0.010	0.020

A. 反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢

B. 平衡时，甲中和丙中H₂O的转化率均是25％

C. 平衡时，丙中ｃ（CO_２）是甲中的2倍，是0.015mol/L

D. 平衡时，乙中H₂O的转化率大于25%

Answer

（1）CH4（g）＋2H2O（g）＝4H2（g）＋CO2（g） △H＝－136.5KJ/mol

（2）1，变小（3）bc （4）CD

【解析】

试题分析：（1）根据第一步反应过程可以得出：CH4（g）+H2O（g）＝3H2（g）+CO（g），△H＝-103.3KJ/mol；根据第二步反应过程可以得出：CO（g）+H2O（g）＝H2（g）+CO2（g），△H＝-33.2KJ/mol；根据盖斯定律，上下两式相加可得：CH4（g）+2H2O（g）＝4H2（g）+CO2（g）△H=-136.5kJ•mol‾1。

（2）设CO的平衡转化量为x，

CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）

初始浓度：2.0 3.0 0 0

变化浓度：1.2 1.2 1.2 1.2

平衡浓度：0.8 1.8 1.2 1.2

平衡常数K＝1.2×1.2÷（0.8×1.8）＝1；第II步反应∆H<0，为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以化学平衡常数的变化趋势是减小。

（3）a、四种物质的浓度比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，与反应是否平衡无关，不能判断是否平衡；b、单位时间内断开amol H－H键、反应的H2为amol，断开2a mol O－H键，反应的H2O为amol，说明正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡；c、反应容器中放出的热量不再变化，说明反应已经达到平衡；d、因为反应容器恒温恒容，气体的密度为定值，混合气体的密度不再发生变化不能说明反应达到平衡；e、该反应为CO（g）+H2O（g）＝H2（g）+CO2（g），反应前后气体的系数相等，容器的压强为定值，压强不变不能说明反应达到平衡。

（4）A、反应开始时，丙中的物质的浓度最大，反应速率最快，甲中的物质的浓度最小，反应速率最慢，正确；B、甲和丙对比，并相当于是在甲的基础上又加倍增大了物质的加入量，但是对于化学反应前后体积不变的反应，增大压强，化学平衡不移动，物质的转化率不变，设CO的转化浓度为x，根据“三段式”进行计算，则

H2（g）+CO2（g）H2O（g）+CO（g）

开始（mol/L） 0.1 0.1 0 0

变化（mol/L） x x x x

平衡（mol/L）0.01-x 0.01-x x x

所以（x×x）÷（0.01—x）2＝1/9，解得x＝0.025mol•L‾1，转化率为0.025mol•L‾1÷0.1mol/L×100%＝25%；正确；C、丙的初始投入量是甲的2倍，所以平衡时，丙中c（CO2）是甲中的2倍，根据上述计算，甲中平衡时c（CO2）＝0.01mol•L‾1—0.025mol•L‾1＝0.075mol•L‾1，所以丙中c（CO2）＝0.15mol•L‾1，错误；D、乙容器相当于在甲容器的基础上增加H2O的浓度，H2O的转化率减小，小于25%，错误。

考点：本题考查热化学方程式的书写、化学平衡的判断、移动及计算。