Question

CH₄—CO₂催化重整不仅可以得到合成气（CO和H₂），还对温室气体的减排具有重要意义，该反应为：CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g)+2H₂(g)。某温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中加入2molCH₄、1molCO₂以及催化剂进行重整反应，5min时达到平衡，测得CO的浓度为0.5mol/L。

回答下列问题：

（1）0～5min时间内用H₂表示的化学反应速率为___mol/(L·min)。

（2）达平衡时CH₄的物质的量分数为___，CO₂的转化率是___。

（3）反应前后混合气体的压强之比为___。

（4）为了加快反应速率，可采取什么措施___（写两条）。

（5）下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量：

物质	CH4	CO2	CO	H2
能量/kJ	1660	1490	1072	436

该催化重整反应中反应物的总能量___生成物的总能量（填“大于”或“小于”）。

（6）下列能表示该反应已经达到化学平衡状态的是___。

A.v_逆(CH₄)=2v_正(CO)

B.CO₂的浓度保持恒定

C.混合气体平均相对分子质量不变

D.混合气体密度保持不变

Answer

0.1 37.5% 50% 3：4 升高温度、缩小容器体积（或增大反应物浓度） 小于 BC

【解析】

反应速率之比等于反应系数之比，根据反应方程式的三段式计算平衡时物质的量和转化率；根据有效碰撞理论判断加快反应速率方法，根据平衡“逆等动定变”特征判断达到平衡状态。

(1)设反应到达平衡状态时，反应消耗的甲烷有xmol：

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)

反应前 2mol 1mol 0 0

变化量 x x 1 1

平衡时 2-x 1-x 1 1

0～5min时间内用H2表示的化学反应速率为=0.1mol/(L·min)。

(2)根据三段式可知，x=0.5mol，达平衡时CH4的物质的量为1.5mol，甲烷的物质的量分数为，CO2的转化率是。

(3)反应前后混合气体的压强之比与物质的量之比相等，即为3:4。

(4)根据有效碰撞理论理论，为了加快反应速率，可采取措施为：升高温度、缩小容器体积（或增大反应物浓度）等。

(5)该催化重整反应中反应物的总键能为1660 kJ +1490 kJ =3150kJ，生成物的总键能为2×（1072 kJ +436 kJ ）=3016kJ，反应热=生成物总能量-反应物总能量=反应物总键能-生成物总键能>0，即反应物的总能量小于生成物的总能量。

(6)A. 反应速率之比等于反应系数之比，v逆(CH4)= 0.5v逆(CO)，当v逆(CO)=v正(CO)，即2v逆(CH4)= v正(CO)时，反应才到达平衡，A错误；

B.CO2的浓度保持恒定，反应达到平衡，B正确；

C.混合气体总质量不变，反应前后气体的总量发生变化，当平均相对分子质量不变时，反应达到平衡，C正确；

D. 混合气体总质量不变，装置为恒容状态，体积不变，故混合气体密度一直保持不变，不能判断平衡状态，D错误；

能表示该反应已经达到化学平衡状态的是BC。