(7分)合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成二甲醚等清洁燃料.从天然气获得合成气过程中可能发生的反应有:
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
请回答下列问题:
(1)在一恒容密闭容器中进行反应①,测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示.反应进行的前5min内,(H2)= ;10min时,改变的外界条件可能是 .
(2)如图2所示,在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,使甲、乙两容器初始容积相等.在相同温度下发生反应②,并维持反应过程中温度不变.已知甲容器中CH4的转化率随时间变化的图象如图3所示,请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图象
(3)反应③中△H3= .800℃时,反应③的化学平衡常数K=1.0,某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表:
CO | H2O | CO2 | H2 |
0.5mol | 8.5mol | 2.0mol | 2.0mol |
此时反应③中正、逆反应速率的关系式是 (填代号).
a.v(正)>v(逆) b.v(正)<v(逆)
c.v(正)=v(逆) d.无法判断.
(1) 0.3mol/(L•min) 升高温度
(2).
(3)﹣41.2kJ/mol a
题目分析:(1)由图1可知,前5min内甲烷的浓度变化为0.50 mol·L-1,根据v=△c/△t计算v(CH4)= 0.1mol/(L•min)结合反应速率之比等于化学计量数之比计算可得v(H2)= 0.3mol/(L•min),注意写清单位;由图1可知,10min时甲烷的浓度继续减小,该反应向正反应方向移动,而该反应为吸热反应,则改变的条件可能为升高温度。(2)由图1结合题意知甲容器的反应条件为等温等容,乙容器的反应条件为等温等压,甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,且甲、乙两容器初始容积相等,甲的体积不变,乙的压强不变,则假定甲不变,乙中发生CH4(g)+CO2(g)⇌2CO(g)+2H2(g),其体积增大,则相当于压强减小,化学平衡向正反应方向移动,乙容器中CH4的转化率增大,但压强小,反应速率减慢,则达到平衡的时间变长,由此可画出图像。(3)根据盖斯定律可知,①-②可得反应③,则△H3=+206.1kJ/mol-(+247.3kJ/mol)=-41.2kJ/mol;800℃时,反应③的K=1.0时,四种气体在同一密闭容器中,体积相同,则物质的量与浓度成正比,由表格中的数据计算得Q<K,该反应向正反应方向移动,则正反应速率大于逆反应速率,即选a。