Question

6．工業合成甲醇的一種途徑中，各物質間的轉化關系如圖1．

（1）已知M是含有10個電子的分子，X為單質、Y為化合物，均是還原性的氣體．反應（I）的化學方程式為CH₄+H₂O$\stackrel{一定條件下}{→}$CO+3H₂．
（2）將2.0molM和2.0mol H₂O （ g ）通入1L的密閉容器中，發生反應（I），測得在一定的壓強下反應（I）達到平衡M的轉化率與溫度的關系如圖2．
①假設T₁℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂O （ g ）表示該反應的平均反應速率為0.2．
②反應（I）的平衡常數表達式為K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$．
③反應（I）的△H＞0（填“＞”或“＜”）
（3）關于反應（I）判斷正確的是AB
A．增加H₂O（g）的量，M的轉化率升高而H₂O（g）的轉化率降低
B．若M與H₂O（g）的轉化率相同時，二者的初始投入量一定相同
C．M和H₂O（g）初始物質的量之比等于二者轉化率之比
（4）該溫度下，向容器中充入1molM、3mol H₂O、2mol X、1molY，則起始時該反應速率 V_正＞V_逆（填“＞”、“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）根據轉化關系圖和元素守恒可知M含有碳元素，已知M是含有10個電子的分子，X為單質、Y為化合物，均是還原性的氣體，則M為CH₄，X為H₂，Y為CO；
（2）①利用三段式求出轉化的H₂O的物質的量，再求出其反應速率；
②平衡常數為：K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；
③根據圖象可知溫度越高，甲烷的轉化率越大，依此判斷；
（3）A、通過表中的數據即可得出結論；
B、根據轉化率=$\frac{△n}{n}$來分析；
C、CO和H₂O（g）的轉化率之比等于計量數之比；
（4）計算出此溫度下的平衡常數K的數值，與濃度商Qc作比較，即得出V_正和V_逆的大小關系．

解答 解：（1）根據轉化關系圖和元素守恒可知M含有碳元素，已知M是含有10個電子的分子，所以M為CH₄，X為單質、Y為化合物，均是還原性的氣體，則X為H₂，Y為CO，所以反應的化學方程式為：CH₄+H₂O$\stackrel{一定條件下}{→}$CO+3H₂；
故答案為：CH₄+H₂O$\stackrel{一定條件下}{→}$CO+3H₂；
（2）①設參加反應的甲烷的物質的量為xmol，
            CH₄+H₂O$\stackrel{一定條件下}{→}$CO+3H₂
起始量（mol）：2 2             0 0
轉化量（mol）：x x             x 3x
平衡量（mol）：2-x 2-x         x 3x
已知平衡時CH₄的轉化率為50%，則 $\frac{x}{2}$×100%=50%，所以x=1，△c（H₂O）=1mol/L，v（H₂O）=$\frac{△c}{t}$=$\frac{1mol/L}{5min}$=0.2mol•L^-1•min^-1；
故答案為：0.2；
②平衡常數為：K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；故答案為：K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；c
③根據圖象可知溫度越高，甲烷的轉化率越大，說明升高溫度平衡向正方向移動，所以正方向為吸熱反應，即△H＞0；
故答案為：＞；
（3）①A、從表中數據可知增加H₂O（g）的量，CO的轉化率升高而H₂O（g）的轉化率降低，故A正確；
B、物質的轉化率=$\frac{△n}{n}$，而根據反應可知：△n（CO）：△n（H₂O）=計量數之比=1：1，故若CO與H₂O（g）的轉化率相同時，二者的初始投入量一定相同，B正確；
C、CO和H₂O（g）的轉化率之比等于計量數之比，與初始物質的量成反比，故C錯誤；
故選：AB；
（4）化學平衡常數K=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{1×3{\;}^{3}}{1×1}$=27，在該溫度下，向容器中充入1molM、3mol H₂O、2mol X、1molY時，濃度商Qc=$\frac{2{\;}^{3}×1}{1×3}$=$\frac{8}{3}$＜K，則平衡向正反應方向移動，故V_正＞V_逆，
故答案為：＞．

點評 本題考查了物質的推斷、方程式的書寫、化學平衡的有關計算、平衡常數、反應熱的計算等，涉及的知識點較多，題目難度較大，側重對基本知識的應用的考查，以及對學生綜合能力的考查．