Question

甲烷是重要的气体燃料和化工原料。回答下列问题：

（1）已知CH₄、CO、H₂的燃烧热分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。18g液态水转化为气态水吸热dkJ/mol。利用甲烷制备合成气的化学方程式CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)    ΔH。

①ΔH=__kJ/mol。

②一定温度下，在恒容的密闭容器中发生上述反应，下列表示反应达到平衡状态的有___(填字母)。

A.v_正(CH₄)=v_逆(H₂O)

B.气体压强不再变化

C.单位时间每消耗1molCH₄，同时产生3molH₂

D.CH₄与H₂的物质的量之比为1∶3

（2）在某密闭容器中通入2molCH₄和2molH₂O(g)，在不同条件下发生反应CH₄(g)+H₂O(g)⇌CO(g)+3H₂(g)，测得平衡时CH₄的体积分数与温度、压强的关系如图所示。

①p₁___p₂（填“＜”、“＞”或“=”），该反应为___（填吸或放）热反应。

②m、n、q三点的化学平衡常数大小关系为__。

③若q点对应的纵坐标为30，此时甲烷的转化率为___，该条件下的化学平衡常数K_p=___（用含有P₁的表达式表示，K_p为以分压表示的平衡常数）。

（3）实验测定该反应的化学平衡常数K_p随温度变化的曲线是如图中的___（填a、b），理由是___。

Answer

(b+3c-a-d) AB ＞ 吸 Km＜Kn＜Kq 25% 0.03P12 a 正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，负对数减小，曲线a满足

【解析】

(1)①依题意分别写出燃烧热化学反应方程式，利用盖斯定律解答；

②依据可逆反应处于平衡状态的判断方法分析；

(2)①CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)，正反应是体积增大的反应，结合图像分析在压强不变的情况下升高温度，CH4体积分数减小，根据勒夏特列原理分析；

②化学平衡常数只受温度影响，结合图示各点的温度大小和反应的移动方向判断平衡常数大小关系；

③根据题意和图像结合三段式解答计算；

(3)正反应为吸热反应，分析温度对平衡移动的影响。

(1)①CH4、CO、H2的燃烧热分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。18g液态水转化为气态水吸热dkJ/mol。

可得：①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)  △H1=-akJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H2=- bkJ/mol；

③H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H3=-ckJ/mol；

④H2O(l)=H2O(g) △H4=+dkJ/mol；

根据盖斯定律：①-②-③×3-④可得CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) △H=(b+3c-a-d) kJ/mol；

②A．v正(CH4)=v逆(H2O)，等式中有正反应速率，逆反应速率，且成系数比，可说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故A正确；

B．气体压强不再变化，即气体分子数不变，可以判断平衡状态，故B正确；

C．单位时间每消耗1molCH4，同时产生3molH2是相同的反应方向，不能判断平衡状态，故C错误；

D．CH4与H2的物质的量之比为1∶3不能说明物质的量及物质的量浓度不变，无法判断平衡状态，故D错误；

答案选AB；

(2)①CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)，正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡逆向移动，甲烷的体积分数增多，故p1＞p2；结合图像分析可知，在压强不变的情况下升高温度，CH4体积分数减小，说明平衡正向移动，故该反应为吸热反应；

②化学平衡常数只受温度影响，正反应吸热，升高温度，K增大，故Km＜Kn＜Kq；

③若q点对应的纵坐标为30，说明甲烷的体积分数为30%，根据“三段式”：

则=30%，可得x=0.5，故甲烷的转化率=×100%=25%，相同条件下，物质的量之比等于压强之比，该条件下的化学平衡常数Kp==0.032；

(3)正反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，负对数减小，曲线a满足。