研究CO2与CH4的反应使其转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减小温室效应具有重要的意义.

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  • 解题思路:(1)根据盖斯定律来计算;

    (2)①可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变,以及由此衍生的一些量也不发生变化,据此解答.解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;

    ②由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),据此结合方程式判断压强对平衡移动的影响进行解答;

    ③由图1可知,压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡X点,是甲烷的转化率为80%,据此计算甲烷的浓度变化量,根据v=[△c/△t]计算v(CH4),再利用速率之比等于化学计量数之比计算v(CO);

    利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度,代入平衡常数表达式计算该温度下的平衡常数;

    ④根据反应吸热,升高温度,平衡右移,K值增大.

    (1)已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H═-566KJ/mol ①

    2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H═-484KJ/mol ②

    CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H═-890KJ/mol ③

    根据盖斯定律,将③-①-②可得:

    CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)△H═(-890KJ/mol )-(-566KJ/mol )-(-484KJ/mol )=+160KJ/mol,

    故答案为:+160KJ/mol;

    (2)对于CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g),故△H=+160kJ•mol-1

    ①、a.平衡时反应混合物各组分的浓度不变,CO2的浓度不再发生变化,说明到达平衡,故a正确;

    b.υ(CH4)=2υ(CO),则υ(CH4):υ(CO)=2:1,不等于化学计量数之比,未处于平衡状态,正反应速率大于逆反应速率,平衡向正反应进行,故b错误;

    c.反应混合物的总质量不变,随反应进行,反应混合物的总的物质的量增大,平均相对分子质量减小,混合气体的平均相对分子质量不发生变化,说明到达平衡,故c正确;

    d.CO与H2的化学计量数为1:1,反应数值按物质的量比为1:1进行,不能说明到达平衡,故d错误;

    故答案为:ac;

    ②由图可知,温度一定时,甲烷的转化率α(P1)>α(P2)>α(P3)>α(P4),该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应进行,甲烷的转化率降低,故压强P4>P3>P2>P1,故答案为:P4>P3>P2>P1

    ③由图1可知,压强为P4、1100℃的条件下,该反应5min时达到平衡X点,是甲烷的转化率为80%,甲烷的浓度变化量为0.1mol/L×80%=0.08mol/L,故v(CH4)=[0.08mol/L/5min]=0.016mol/(L•min),根据速率之比等于化学计量数之比,所以v(CO)=2v(CH4)=2×0.16mol/(L•min)=0.032mol/(L•min),

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

    开始(mol/L):0.1 0.1 0 0

    变化(mol/L):0.08 0.08 0.16 0.16

    平衡(mol/L):0.02 0.02 0.16 0.16

    H2的体积分数=[0.16/0.02+0.02+0.16+0.16]×100%=44.4%

    该温度下平衡常数k=

    0.162×0.162

    0.02×0.02=1.64

    故答案为:0.032mol/(L•min);44.4%;1.64;

    ④反应吸热,升高温度,平衡右移,K值增大,据此作图:

    故答案为:

    点评:

    本题考点: 热化学方程式;化学平衡的影响因素;化学平衡状态的判断;化学平衡的计算.

    考点点评: 本题考查反应热的计算、影响化学平衡元素、平衡图象、原电池原理等,题目综合性较大,难度中等,(3)中负极电极反应式的书写为难点,易错点,利用总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式.