Question

蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。CH₄(g)+2H₂O(g) CO₂(g)+4H₂(g)     ΔH₃ = +a kJ·mol^-1

化学键	C—H	H—H	H—O
键能kJ/mol	b	c	d

(1)写出甲烷的结构式___________

(2)C=O的键能为_______________kJ/mol (用含a、b、c、d的式子表示)

(3)恒温条件下，在体积恒为0.5L的密闭容器中通入一定量甲烷和水蒸气，发生上述反应。测得甲烷物质的量随时间变化如下表所示。0～10min内用H₂O的浓度表示该反应的平均速率为ν(H₂O)= _____________

时间/min	0	10	20	40	50	60
n(CH4)/mol	0.50	0.35	0.25	0.10	0.10	0.10

(4)恒温恒容情况下，下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_______________。

a．混合气体的平均相对分子质量保持不变     b．CO₂和H₂的体积分数比为1﹕4

c．混合气体的密度保持不变                 d．1mol CO₂生成的同时有4mol H-H键断裂

Answer

2b+2d-2c- 0.06 mol∙L−1∙min−1 ad

【解析】

(1)甲烷为正四面体结构，结构式为；

(2)反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)的ΔH3=反应物键能之和-生成物键能之和；设C=O的键能为x，则有4b+4d-(2x+4c)=+a，解得x=(2b+2d-2c-)kJ/mol；

(3)0~10min内Δn(CH4)=0.50mol-0.35mol=0.15mol，根据反应方程式可知该时段内Δn(H2O)=0.30mol，容器的容积为0.5L，所以v(H2O)==0.06 mol∙L−1∙min−1；

(4)a．该反应中反应物和生成物均为气体，所以未平衡时气体的总质量不发生改变，该反应前后气体系数之和不相等，所以未平衡时气体的总物质的量改变，则平均相对分子质量会发生改变，当该值不变时说明反应平衡，故a符合题意；

b．反应过程中可能出现CO2和H2的体积分数比为1:4，但这不能说明气体的浓度不再改变，故不能说明反应达到平衡，故b不符合题意；

c．该反应中反应物和生成物均为气体，所以未平衡时气体的总质量不发生改变，容器恒容，则混合气体的密度一直不变，故c不符合题意；

d．CO2生成表示正反应，H-H键断裂表示逆反应，1mol CO2生成的同时有4mol H-H键断裂也即正反应速率与逆反应速率相等，说明反应达到平衡，故d符合题意；

综上所述答案为ad。