Question

工業(yè)上利用天然氣（主要成分是CH₄）與H₂O進(jìn)行重整制備合成氣（CO+H₂），CO和H₂在一定條件下能制備甲醛、甲醚和葡萄糖等多種有機(jī)物．
（1）已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1302.6kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
則天然氣與水蒸氣在高溫下反應(yīng)制備合成氣的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）在一定條件下，向2L的恒容密閉容器中充入0.40mol CH₄（g）和0.60mol H₂O（g），測(cè)得CH₄（g）和H₂（g）的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化曲線如圖甲所示．
①0～2min內(nèi)，一氧化碳的平均反應(yīng)速率
v（CO）=

 

mol?L^-1?min^-1．
②3min時(shí)改變條件．反應(yīng)進(jìn)行到4min時(shí)，體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量如下表所示：

t/min	n（CH4）/mol	n（H20）/mol	n（CO）/mol	n（H2）/mol
4	0.18	0.38	0.22	0.66

則3～4min平衡向

 

方向移動(dòng)，改變的條件可能是

 

（3）已知溫度、壓強(qiáng)和碳水比[n（CH₄）：n（H₂O）=x]對(duì)該反應(yīng)的影響如圖乙
①圖乙1中，兩條曲線所示溫度的關(guān)系：T₁

 

T₂ （填“＞”、“＜”或“=”，下同）
②圖乙2中，兩條曲線所示碳水比（x）的關(guān)系：x₁

 

x₂
③圖乙3中，兩條曲線所示壓強(qiáng)的關(guān)系：p₁

 

₂．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)燃燒熱寫出熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律計(jì)算；
（2）①依據(jù)圖象計(jì)算甲烷的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算得到一氧化碳的反應(yīng)速率；
②根據(jù)圖象可知3min時(shí)，平衡時(shí)各組分的平衡濃度，再根據(jù)4min時(shí)各組分濃度變化量判斷改變的條件；
（3）①根據(jù)反應(yīng)的熱效應(yīng)判斷溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響，結(jié)合圖象分析解答；
②碳水比[

n(CH4)

n(H2O)

]值越大，平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高；
③根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)影響，結(jié)合圖象分析解答．

解答： 解：（1）已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1302.6kJ?mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算（①-②×3）×

1

2

得到天然氣與水蒸氣在高溫下反應(yīng)制備合成氣的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+74.1 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+74.1 kJ?mol^-1；
（2）①0～2min內(nèi)，V（CH₄）=

0.2mol/L-0.1mol/L

2min

=0.05mol/L?min；
一氧化碳的平均反應(yīng)速率v（CO）=V（CH₄）=0.05mol/L?min，
故答案為：0.05；
②根據(jù)圖象可知3min時(shí)，平衡時(shí)甲烷的濃度為0.1mol/L，氫氣的濃度為0.3mol/L，則：
             CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：0.2      0.3      0      0
變化（mol/L）：0.1      0.1      0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2      0.1    0.3
4min時(shí)甲烷的濃度為0.09mol/L，濃度減小0.1-0.09=0.01
水的濃度為0.19mol，濃度減小0.2-0.19=0.01；
CO的濃度為0.11，濃度增大0.11-0.1=0.01
氫氣的濃度為0.33，濃度增大0.33-0.3=0.03
濃度變化量之比為1：1：1：3，等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，應(yīng)是改變溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故3min改變條件為升高溫度；
故答案為：正反應(yīng)；升高溫度；
（3）①該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的含量降低，故溫度T₁＜T₂，故答案為：＜；
②碳水比[

n(CH4)

n(H2O)

]值越大，平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高，故x₁＞x₂，故答案為：＞；
③該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)甲烷的含量降低，故p₁＞p₂，故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合性較大，涉及熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)計(jì)算、離子濃度比較等，難度中等，是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)與學(xué)生能力的綜合考查．