Question

天然气的主要成分是甲烷，它是一种重要的化工原料。

（1）CH₄与CO₂经催化反应可制得合成气：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g） ΔH

已知：反应1：CH₄（g）=C（s）+2H₂（g） ΔH₁=+75kJ/mol

反应2:  2CO（g）=C（s）+CO₂（g）  ΔH₂=-172kJ/mol    则该催化反应的ΔH=__________kJ/mol。

（2）工业上可用CO和H₂合成二甲醚，其反应为: 2CO（g）+4H₂ （g）=CH₃OCH₃ （g）+H₂O（g）  ΔH=-204.7 kJ/mol  初始条件相同时，分别在A（恒温）、B（绝热）两个容器内反应。反应初始时两容器的反应速率A_______B（填“>”、“<”或“=”，下同）；平衡时CO的转化率A_______B。

（3）工业上可用CO和H₂合成甲醇，其反应为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g） ΔH=-90.1kJ·md。温度T时，在容积为2L的某密闭容器中进行上述反应，反应过程中相关数据如图所示。

①下列能表明该反应已达到平衡状态的是__________。

a v（H₂）=2v（CH₃OH）            b c（ CO）/c（ CH₃OH）=7: 3时

c c（H₂）/c（ CH₃OH）=2: 1时      d 容器中气体的压强不再变化

②该化学反应10min内生成CH₃OH的反应速率v（CH₃OH）= __________。

③该温度下，反应的平衡常数为__________ （列出计算式即可） 。

④若其他条件不变时,15mim时再向容器中加入2 mol CO和 x mol H₂，平衡时CO的转化率与原平衡相同，则x=__________。

Answer

+247 = > bd 0.03mol·L-1·min-1 1.2

【解析】

（1）根据盖斯定律可知：反应1-反应2得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）；

（2）反应初始时，两容器中反应物的浓度相同，温度等相同，两容器的反应速率A=B；反应放热。B中温度高，平衡逆向移动，平衡时CO的转化率A>B。

（3）①可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；

②根据v= 计算；

③该反应的平衡常数K= ；

④列出三段式，利用平衡常数不变计算。

（1）已知：反应1：CH4（g）=C（s）+2H2（g） ΔH1=+75kJ/mol

反应2: 2CO（g）=C（s）+CO2（g） ΔH2=-172kJ/mol

根据盖斯定律可知：反应1-反应2得CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g） ΔH=ΔH1-ΔH2=+75kJ·mol－1-（-172kJ·mol－1）=+247kJ/mol；

故答案为：ΔH=+247kJ/mol。

（2）2CO（g）+4H2 （g）=CH3OCH3 （g）+H2O（g） ΔH=-204.7 kJ/mol 是放热反应，初始条件相同时，分别在A（恒温）、B（绝热）两个容器内反应。反应初始时，两容器中反应物的浓度相同，温度等相同，两容器的反应速率A=B；反应放热。B中温度高，平衡逆向移动，平衡时CO的转化率A>B。

故答案为：=；>;

（3）①a. v（H2）=2v（CH3OH）不能说明正逆反应速率关系，故a不选；

b.由图 c（ CO）：c（ CH3OH）=1.4:0.6=7: 3时，是平衡时浓度比，故b选；

c .由图c（H2）：c（ CH3OH）=0.8:0.6==4: 3时，是平衡时浓度比，故c不选；

d. CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）是气体体积缩小的反应，容器中气体的压强不再变化，说明反应达到平衡状态，故d选；

故选bd；

②该化学反应10min内生成CH3OH的反应速率v（CH3OH）= =0.03mol·L-1·min-1。

③由图CO、H2、CH3OH的浓度分别是：0.3、0.7、0.43mol·L-1，该温度下，该反应的平衡常数K==；

④若其他条件不变时,15mim时再向容器中加入2 mol CO和 x mol H2，平衡时CO的转化率与原平衡相同，

该温度下，该反应的平衡常数K===

则x=1.2。