(2014•湖州二模)研究CO2与CH4的反应使之转化为CO和H2,对减缓燃料危机,减少温室效应具有重要的意义.

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  • 解题思路:(1)根据盖斯定律来解答;

    (2)①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;

    ②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;

    (3)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根据增大压强,平衡向着气体体积减小的方向移动来分析.

    (1)已知反应①2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566kJ•mol-1

    ②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ•mol-1

    ③CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H=-802kJ•mol-1

    根据盖斯定律,将③-①-②可得:

    CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g)△H=(-802kJ•mol-1)-(-566kJ•mol-1)-(-484kJ•mol-1)=+248KJ/mol,

    故答案为:+248;

    (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

    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

    故该温度下平衡常数k=

    0.162×0.162

    0.02×0.02=1.64

    故答案为故答案为:P4>P3>P2>P1;0.032mol/(L•min);1.64;

    (3)①A、正反应方向是个气体体积增大的方向,故随着反应的进行,平衡之前,体系压强会增大,故一旦当体系压强不变,说明反应达平衡,故A正确;

    B、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B错误;

    C、混合气体的密度ρ=[m/V],容器恒容,即V不变,随着反应的进行,混合气体的质量m增大,故ρ增大,一旦当ρ不变时,说明反应达平衡,故C正确;

    D、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,但达平衡时,平均相对分子质量不一定是15,故D错误;

    故选AC;

    ②根据勒沙特列原理可知,增大压强,平衡向着气体体积减小的方向移动,此反应的逆反应方向是个气体体积减小的方向,故增大压强,向逆反应方向移动;

    在第2min时,混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量

    .

    M=

    m总

    n总=[18g+28g+4.4g/4.2mol]=12g/mol.

    设在第2~5min期间的任何时刻,有XmolH2被消耗,则有:

    C(s)+H2O(g)⇌CO(g)+H2(g)

    初始量(mol) 1 1 2.2

    转变量(mol) X XX

    剩余量(mol) (1+X) (1-X) (2.2-X)

    混合气体的平均相对分子质量即平均摩尔质量

    .

    M=

    m总

    n总=

    18(1+X)+28(1−X)+2(2.2−X)

    (1+X)+(1−X)+(2.2−X)=12,故可知在2~5min期间的任意时刻,混合气体的平均相对分子质量不变,一直是12,故可得2~5min内容器中气体平均相对分子质量的变化曲线为

    点评:

    本题考点: 用盖斯定律进行有关反应热的计算;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: 本题综合考查了盖斯定律的有关计算、平衡的移动以及化学平衡常数的计算等问题,综合性较强,难度较大.