Question

18．利用甲烷與水反應制備氫氣，因原料廉價產氫率高，具有實用推廣價值．
已知：①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1
（1）甲烷和水蒸氣生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=+163.9 kJ/mol．
（2）為了探究反應條件對反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.3kJ•mol^-1的影響，某活動小組設計了三個實驗，實驗曲線如圖所示

編號	溫度	壓強	c始（CO）	c始（H2O）
Ⅰ	530℃	3MPa	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1
Ⅱ	X	Y	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1
Ⅲ	630℃	5MPa	1.0mol•L-1	3.0mol•L-1

①請依據實驗曲線圖補充完整表格中的實驗條件：X=530℃，Y=5MPa．
②實驗Ⅲ從開始至平衡，其平均反應速度率v （CO）=0.12mol•L^-1•min^-1．
③實驗Ⅱ達平衡時CO的轉化率大于 實驗Ⅲ達平衡時CO的轉化率（填“大于”、“小于”或“等于”）．
④在530℃時，平衡常數K=1，若往1L容器中投入0.2mol CO（g）、0.2mol H₂O（g）、0.1mol CO₂（g）、0.1mol H₂（g），此時化學反應將正向（填“正向”、“逆向”或“不”） 移動．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律來計算反應的焓變，可寫出熱化學方程式；
（2）①由圖表可知，曲線II和曲線I相比，平衡不移動，只是縮短了反應達平衡的時間，據此分析反應II的條件；
②由圖象可知，CO的平衡濃度為0.4mol/L，即可知△c（CO）=0.6mol/L，根據反應速率的公式求算；
③CO的平衡濃度越大，則其平衡轉化率越低；
④求出反應的濃度商Qc，與K做比較即可．

解答 解：（1）根據蓋斯定律，上下兩式相加可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=+163.9 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=+163.9 kJ/mol；
（2）①由圖表可知，曲線II和曲線I相比，平衡不移動，只是縮短了反應達平衡的時間，故II和I不同的條件為壓強，且為增大壓強，故Y為5MPa，兩者的溫度應相同，故X為530℃，故答案為：530；5；
②由圖象可知，CO的平衡濃度為0.4mol/L，即可知△c（CO）=0.6mol/L，根據反應速率的公式V（CO）=$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol•L^-1•min^-1．
故答案為：0.12；
③CO的平衡濃度越大，則其平衡轉化率越低，故實驗Ⅱ達平衡時CO的轉化率大于實驗Ⅲ達平衡時CO的轉化率，故答案為：大于；
④若往1L容器中投入0.2mol CO（g）、0.2mol H₂O（g）、1mol CO₂（g）、0.1mol H₂（g），則此時反應的濃度商Qc=$\frac{0.1mol/L×0.1mol/L}{0.2mol/L×0.2mol/L}$=0.25＜K，則此時反應應向正反應方向移動，故答案為：正向．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、影響化學反應速率和化學平衡的因素以及化學平衡常數的計算，為高頻考點和常見題型，題目綜合性較強，難度適中．