Question

生產甲醇的原料CO、H₂可由下列反應制取：CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g），試回答下列問題。
（1）已知：① CH₄（g）+3/2 O₂（g） CO（g）+2H₂O（g）△H_l；
② H₂（g）+1/2 O₂（g） H₂O（g） △H₂，
則CH₄（g）+ H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）的△H＝____     （用含△H₁，△H₂的式子表示）
（2）一定條件下反應CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）中CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖，且T₂>T₁， 則上述反應的△H____    0（填“<”、“>”、“=”，下同），A、B處對應平衡常數（K_A、K_B）的大小關系為K_A____       K_B

（3）維持溫度T₂，將0.04 mol CH₄和0.04mol H₂O（g）通入容積為1L的定容密閉容器中發生反應，平衡時達到B點，測得CH₄的轉化率為50%,該反應在此溫度下的平衡常數K_B=____  ，下列現象能說明該反應已經達到平衡狀態的是_    ___
a．容器內CH₄、H₂O、CO、H₂的物質的量之比為1：1：1：3
b．容器的密度恒定
c．容器的壓強恒定
d．3υ_正（CO）＝υ_逆（（H₂）
（4）在上述B點平衡基礎上，向容器中再通入amol CH₄和a mol H₂O氣體，使之在C點重新達平衡，此時測得CO有0.03mol，則a=____         。

Answer 1

（1）ΔH₁—3ΔH₂（2分） （2）> （2分）； < （2分）
（3）1.08×10^－2mol²?L^－2（2分，單位可不作要求）；acd（3分）  （4）0.035（3分）

試題分析：（1）根據已知的熱化學方程式以及蓋斯定律可知，①－②×3即得到CH₄（g）+ H₂O（g）CO（g）+3H₂（g），所以該反應的反應熱△H＝ΔH₁—3ΔH₂。
（2）根據圖像可知，在壓強相同時，溫度越高，甲烷的轉化率越高。這說明升高溫度平衡向正反應方向移動，因此正反應是吸熱反應，即△H＞0。升高溫度平衡向正反應方向移動，因此B點對應的平衡常數大于A點對應的平衡常數。
（3）             CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）
起始濃度（mol/L） 0.04     0.04          0         0
轉化濃度（mol/L） 0.02     0.02         0.02      0.06
平衡濃度（mol/L） 0.02     0.02         0.02      0.06
所以該溫度下該反應的平衡常數K_B＝＝＝1.08×10^—2mol²?L^－2
在一定條件下，當可逆反應中正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），各種物質的濃度或含量均不再發生變化的狀態，是化學平衡狀態，根據以上分析可知，平衡時容器內CH₄、H₂O、CO、H₂的物質的量之比為1:1:1:3，所以可以說明反應達到平衡狀態，a正確；密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，因此密度始終是不變的，所以b不能說明；該反應是體積減小的可逆反應，所以當壓強不再發生變化時，可以說明反應達到平衡狀態，即c正確；d中的反應速率方向相反，且滿足反應速率之比是相應的化學計量數之比，因此可以說明，d正確，答案選acd。
（4）            CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）
起始濃度（mol/L）  b         b            0        0
轉化濃度（mol/L） 0.03     0.03         0.03      0.09
平衡濃度（mol/L）b－0.03  b－0.03       0.03      0.09
因為溫度不變，平衡常數不變，所以＝1.08×10^—2，解得b＝0.075mol，因此a＝0.075mol－0.04mol＝0.035mol