Question

16．合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成二甲醚等清潔燃料．從天然氣獲得合成氣過程中可能發生的反應有：
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁=+206.1kJ/mol
②CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₂=+247.3kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃₌c/mol•L-1

（1）在一密閉容器中進行反應①，測得CH₄的物質的量濃度隨反應時間的變化如圖1所示．反應進行的前5min內，v（H₂）=0.3mol/（L．min）；10min時，改變的外界條件可能是降低溫度．
（2）如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH₄和CO₂，使甲、乙兩容器初始容積相等．在相同溫度下發生反應②，并維持反應過程中溫度不變．已知甲容器中CH₄的轉化率隨時間變化的圖象如圖3所示，請在圖3中畫出乙容器中CH₄的轉化率隨時間變化的圖象．
（3）800℃時，反應③的化學平衡常數K=1.0，某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質的物質的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時反應③中正反應速率大于逆反應速率（大于、小于、等于）

Answer 1

分析 （1）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₄），再利用速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
10min時瞬間甲烷濃度未變，而后濃度減小，改變條件平衡正向移動；
（2）甲為恒溫恒容，隨反應進行容器內壓強增大，乙為恒溫恒壓，乙等效為在甲平衡的基礎上減小壓強，平衡正向移動，乙中甲烷的轉化率大于甲中，減小壓強反應速率減慢，到達平衡時間故甲中長；
（3）計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷正、逆反應相對大小．

解答 解：（1）反應進行的前5min內，甲烷濃度變化量為（1-0.5）mol/L=0.5mol/L，則v（CH₄）=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L．min），速率之比等于化學計量數之比，則v（H₂）=3v（CH₄）=0.3mol/（L．min）；
10min時瞬間甲烷濃度未變，而后濃度減小，改變條件平衡正向移動，正反應為放熱反應，可能是降低溫度等，
故答案為：0.3mol/（L．min）；降低溫度；
（2）甲為恒溫恒容，隨反應進行容器內壓強增大，乙為恒溫恒壓，乙等效為在甲平衡的基礎上減小壓強，平衡正向移動，乙中甲烷的轉化率大于甲中，減小壓強反應速率減慢，到達平衡時間故甲中長，則乙容器中CH₄的轉化率隨時間變化的圖象為：，
故答案為：；
（3）此時濃度商Qc=$\frac{2×2}{0.5×8.5}$=0.94＜K=1，反應向正反應進行，故正反應速率大于逆反應速率，
故：大于．

點評 本題考查化學平衡計算，涉及反應速率計算、化學平衡影響因素、平衡常數應用、平衡圖象等，注意理解掌握平衡常數的應用．