Question

（1）将1.0 mol CH₄和2.0molH₂O(g)通入容积固定为10 L的反应容器中，在一定条件下发生反应：CH₄(g)+H₂O(g) CO (g)+3H₂(g) ，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图1。

①该反应的ΔH      0(填“＞”“＜”或“=”)

②假设100 ℃时达到平衡所需的时间为3 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为  mol/(L·min)。

③100℃时该反应的平衡常数的数值为        。

④可用来判断该反应达到平衡状态的标志有     (填字母)。

A．CO的含量保持不变                 

B．CH₄浓度与CO浓度相等

C．ν_正(CH₄)=3ν_逆(H₂)             

D．混合气体的密度保持不变

E．混合气体的总物质的量保持不变      

F．混合气体的压强度保持不变

（2）生成甲醇的反应：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   △H ＝—129.0 kJ/mol，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示。下列说法正确的是     (填字母)。                        

A．温度：T₁＞T₂ ＞ T₃

B．正反应速率：ν(a)＞ν(c)； ν(b)＞ν(d)

C．平衡常数： K(a)>K(c) ； K(b)=K(d)

D．平均摩尔质量：M(a) ＞M(c)； M(b)＞M(d)

（3）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法之一为：甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH₃OH(g) CO(g)＋2H₂(g)，此反应能自发进行的原因是           。  

Answer

（1） ① ＞ ② 0.05 ③ 0.0225 ④ A EF(错选不得分，漏选得1分)

（2）C D(错选不得分，漏选得1分)

（3）该反应是一个熵增的反应 (△S＞0)

【解析】

试题分析：（1）①随温度升高，CH4的转化率增大，说明平衡正向移动，正反应为吸热反应，此反应的△H＞0；

②将1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容积固定为10L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

起始量(mol)：1.0 2.0 0 0

变化量(mol)：0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量(mol)：0.5 1.5 0.5 1.5

③假设100℃时达到平衡所需的时间为3min，则用H2表示该反应的平均反应速率==0.05mol•L-1•min-1；

②100℃时反应I的平衡浓度为c(CH4)=0.05mol/L，c(H2O)=0.15mol/L，c(CO)=0.05mol/L，c(H2)=0.15mol/L，平衡常数K==2.25×10-2；

④A．CO的含量保持不变可说明反应达平衡状态，正确；B．CH4浓度与CO浓度相等无法判断是否是平衡状态，错误；C．ν正(CH4)=ν逆(H2)才能说明是平衡状态，错误；D．混合气体的密度始终保持不变，无法判断是否是平衡状态，错误；E．混合气体的总物质的量保持不变说明此时已经达到平衡状态，正确；F．反应物和生成物的系数之和不等，混合气体的压强度保持不变说明此时已经达到平衡状态，正确；答案为AEF；

（2）A．该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，则T1＜T2＜T3，故A错误；B．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，故温度T1＜T3，温度越高，反应速率越快，故υ(a)＜υ(c)．b、d两点温度相同，压强越大，反应速率越大，b点大于d点压强，则v(b)＞v(d)，故B错误；C．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，故温度T1＜T3，降低温度平衡向正反应方向移动，则K(a)＞K(c)，平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同，则K(b)=K(d)，故C正确；

D．CO转化率的越大，n总越小，由M=可知，a点n总小，则M(a)＞M(c)，M(b)＞M(d)，故D正确；故选CD；

（3）甲醇蒸汽重整法．该法中的一个主要反应为CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g)，反应△H＞0，反应自发进行需要满足△H-T△S＜0，所以反应自发进行是因为该反应是熵增大的反应；

考点：考查热化学方程式和盖斯定律计算应用，温度、压强、转化率等之间的关系和外界条件对反应速率及平衡的影响，平衡标志判断。