Question

【題目】2019年10月22日，位于資陽市境內的“安岳氣田”天然氣產量達到10.33億立方米，歷史性突破10億立方米大關。“安岳氣田”的開發(fā)，將惠及川渝地區(qū)天然氣供給，促進地方經濟社會的發(fā)展。對天然氣的高效利用不僅能緩解大氣變暖，而且對日益枯竭的石油資源也有一定的補充作用。

(1)已知甲烷臨氧耦合CO2重整反應有：

反應I：2CH4(g)＋O2(g)2CO(g)＋4H2(g) △H＝－71.4 kJ·mol－1

反應II：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) △H＝＋247.0 kJ·mol－1

已知斷裂1 mol化學鍵所需的能量：

①a＝_________。

②寫出表示CO燃燒熱的熱化學方程式：____________________________________。

(2)在兩個體積均為2L的恒容密閉容器中，起始時按表中相應的量加入物質，在溫度為753K下進行(1)中反應II(不發(fā)生其它反應)，CO2的平衡轉化率如下表所示：

①若容器A中反應從開始到平衡所用的時間為t min，則t min內該反應的平均反應速率為：v(CO2)＝_________(用含t的表達式表示)。

②溫度為753K時該反應的平衡常數(shù)K＝_________；容器B中的反應起始時將_________移動(填“正向”、“逆向”或“不”)。

③該反應達到平衡時，其他條件不變，若升高溫度，此時v正_________ v逆(填“>”、“＝”或“<”)。

④當容器A、B中的反應均達到平衡時，容器中n(CO)滿足的關系：2n(CO)A______n(CO)B(填“>”、“＝”或“<”)。

(3)將CH4(g)和O2(g)以物質的量比為4：3充入盛有催化劑的恒容密閉容器內，發(fā)生(1)中反應I，相同時間段內測得CO的體積分數(shù)[φ(CO)]與溫度(T)的關系如圖如示。

bc段CO的體積分數(shù)[φ(CO)]降低的主要原因是____________________________________。

Answer 1

【答案】996.5 CO(g)＋1/2O2(g)= CO2(g) △H= -282.7 kJ·mol－1 0.25/t(mol·L-1·min-1) 1 逆向 > > b點反應達到平衡后，因為正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，故溫度越高，CO的體積分數(shù)就越小

【解析】

（1）①反應II的△H＝E(反應物的總鍵能)-E(生成物的總鍵能)；

②(反應I)×(1/2)-( 反應II)得：CO(g)＋1/2O2(g)= CO2(g)；

（2）①容器A中反應從開始到平衡所用的時間為t min，CO2的平衡轉化率為50%，可以計算出反應中消耗CO2的物質的量，然后計算出反應速率；

②結合圖中CO2的平衡轉化率為50%，計算出平衡時c(CH4)、c(CO2)、c(CO)、c(H2)，求出K；利用Qc與K的大小關系判斷v正、v逆大小；

③因為該反應正反應為吸熱反應，該反應達到平衡時，其他條件不變，若升高溫度，平衡向正向移動；

④由②可知當容器A、B中的反應均達到平衡時，容器中n(CO)滿足的關系；

（3）結合圖像和題中信息判斷。

（1）①反應II的△H＝E(反應物的總鍵能)-E(生成物的總鍵能)=(4×414+2×728)-(2a+2×436)= ＋247.0，a=996.5；

②(反應I)×)-( 反應II)得：CO(g)＋1/2O2(g)= CO2(g) △H＝(1/2) ×(－71.4 kJ·mol－1) -( ＋247.0 kJ·mol－1)= -282.7 kJ·mol－1；

（2）①容器A中反應從開始到平衡所用的時間為t min，CO2的平衡轉化率為50%，反應中消耗CO2的物質的量為0.5mol，v(CO2)＝(0.5mol)/[( 2L) ×(t min)]=0.25/t(mol·L-1·min-1)；

②CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，CO2的平衡轉化率為50%，故平衡時n(CH4)=n(CO2)= 0.5mol，n(CO)=n(H2)=1mol，c(CH4)=c(CO2)==0.25mol/L，c(CO)=c(H2)==0.5mol/L，該反應的平衡常數(shù)K＝(0.52×0.52)/(0.25×0.25)=1；容器B中的c(CH4)=c(CO2)= =0.5mol/L，c(CO)=c(H2)==1mol/L，Qc=(12×12)/(0.5×0.5)=4>K，故容器B中的反應起始時將逆向移動；

③因為該反應正反應為吸熱反應，該反應達到平衡時，其他條件不變，若升高溫度，平衡向正向移動，v正> v逆；

④由②可知當容器A、B中的反應均達到平衡時，容器中n(CO)滿足的關系：2n(CO)A>n(CO)B；

（3）T2之前，反應沒有達到平衡，溫度越高，反應速率越快，相同時間內生成的CO越多，b點反應達到平衡后，因為正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，故溫度越高，CO的體積分數(shù)就越小。