Question

已知H₂、CO、CH₄的燃烧热分别为ΔH₁＝－285.8 kJ/mol、ΔH₂＝－283 kJ/mol、ΔH₃＝－890 kJ/mol。H₂O(g)＝H₂O(l) ΔH₄＝－44 kJ/mol。回答下列问题：

(1)用CH₄替代水煤气作家用燃气的优点是____________________。将煤气灶改为天然气灶时，应适当调_________(填“大”或“小”)空气进气阀门。

(2)合成氨厂一般采用烃(以CH₄为例)和水蒸气反应制取原料气H₂，发生如下反应：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)。

①该反应的ΔH＝________________。

②当该反应达到平衡状态时，下列说法一定正确的是__________(填字母)。

A．v(CH₄)＝v(CO)                 B．加入催化剂，ΔH不变

C．升高温度，平衡常数K增大      D．CH₄与H₂O的转化率相等

③T℃时，该反应的初始浓度与起始速率的部分数据如下：

初始浓度/mol·L^－^1	起始速率/mol^3·L^-3·s^－^1
c(CH4)	c(H2O)	v
0.10	0.10	1.0×10^－^4
0.10	0.20	4.0×10^－^4
0.30	0.20	1.2×10^－^3

写出起始速率与初始浓度的关系式［用c(CH₄)、c(H₂O)及适当的速率常数表示］v＝________。

④T℃时，在一个体积可变的恒压密闭容器中，充入0.1 mol CH₄、0.1 mol H₂O(g)发生反应，起始时容器的体积为1 L。CH₄的转化率与反应时间的关系如图中曲线A所示。则T℃时该反应的平衡常数K＝____________。若温度与投料方式相同，该反应在容积为1 L的恒容密闭容器中进行，刚达平衡状态的点是__________(选填B、C、D、E)。

Answer

(1)等体积的燃气放热量多；大

(2)①+206.4 kJ/mol；②ABC；③0.1s－1·c(CH4)·c2(H2O)；④0.03；B

【解析】

试题分析：(1) 根据H2、CO、CH4的燃烧热分别为ΔH1＝－285.8 kJ/mol、ΔH2＝－283 kJ/mol、ΔH3＝－890 kJ/mol。有H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol，CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ/mol，CH4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+CO2 (g)△H=-890kJ/mol。等体积的CH4燃烧放出的热量比水煤气多，等体积的甲烷燃烧消耗的氧气比水煤气多，将煤气灶改为天然气灶时，应适当调大空气进气阀门，故答案为：等体积的燃气放热量多；大；

(2)①根据H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃烧热分别为285.8kJ•mol-1、283.0kJ•mol-1和890kJ/mol，分别写出热化学方程式：

H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol……①

CO(g)+O2(g)=CO2(g)△H=-283.0 kJ/mol……②

CH4(g)+2O2(g)=2H2O(l)+CO2 (g)△H=-890kJ/mol……③，根据盖斯定律，将③-②-①×3，得：CH4(g)+H2O(l) CO(g)+3H2(g) △H=-890kJ/mol-(-283.0 kJ/mol)-(-285.8kJ/mol)×3=+250.4 kJ/mol，又H2O(g)＝H2O(l) ΔH4＝－44 kJ/mol，因此CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H==+250.4 kJ/mol+(－44 kJ/mol)=+206.4 kJ/mol，故答案为：+206.4 kJ/mol；

②A．根据反应方程式CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)，v(CH4)＝v(CO)，故A正确；B．催化剂不改变反应的ΔH，故B正确；C．升高温度，平衡正向移动，平衡常数K增大，故C正确；D．CH4与H2O的转化率与二者的起始量应该，不一定相等，故D错误；故选ABC；

③根据表格中数据可知，反应速率与c(H2O)的平方成正比，与c(CH4)成正比，v＝0.1s－1·c(CH4)·c2(H2O)，故答案为：0.1s－1·c(CH4)·c2(H2O)；

④ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

起始(mol)0.1 0.1 0 0

反应 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡时气体的物质的量为0.3mol，相同压强下，体积为1.5L

平衡常数K===0.03；该反应属于气体的物质的量增大的反应，平衡时体积大于1L，若温度与投料方式相同，该反应在容积为1 L的恒容密闭容器中进行，相当于增大压强，平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，反应速率增大，建立平衡所需的时间减少，故选B，故答案为：0.03；B。

考点：考查了化学反应速率和化学平衡的相关知识。