Question

【題目】甲烷是一種理想的潔凈燃料，利用甲烷與水反應制備氫氣，因原料廉價，具有推廣價值。該反應為CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H>0

①若800℃時，反應的化學平衡常數K=l.0，某時刻測得該溫度下密閉容器中各物質的物質的量濃度如下表。

CH4	H2O	CO	H2
3.0 mol·L-1	8.5 mol·L-1	2.0 mol·L-1	2.0 mol·L-1

(1)則此時正、逆反應速率的關系是__________ 。（填“>”“<”“=”）

②為了探究溫度、壓強對上述化學反應速率的影響，某同學設計了以下三組對比實驗（溫度為360℃或480℃、壓強為101 kPa或303 kPa，其余實驗條件見下表）。

實驗序號	溫度/℃	壓強/kPa	CH4初始濃度/mol·L-1	H2O初始濃度/ mol·L-1
1	360	P	2.00	6.80
2	t	101	2.00	6.80
3	360	101	2.00	6.80

(2)表中t=_________，P=_________；設計實驗2、3的目的是______________；

實驗l、2、3中反應的化學平衡常數的大小關系是_________（用K1、K2、K3表示）

(3)—定溫度下，在容積2L且固定的兩個密閉容器中，按如下方式加入反應物， 一段時間后達到平衡。

容器	甲	乙
反應物投入量	1molCH4、 1molH2O	amolCH4、 amolH2O、 b molCO、 c molH2

經測定甲容器經過5min達到平衡，平衡后甲中氣體的壓強為開始的1.2倍，甲容器中該反應在5min內的平均速率v(H2)=__________，若要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，且起始時維持化學反應向逆反應方向進行，則b的取值范圍為__________________。

Answer 1

【答案】 > 480 303 探究溫度對化學反應速率的影響 K1=K3<K2 0.06mol·L-1 min-1 0.2<b≤1

【解析】試題分析：本題考查化學平衡常數的影響因素和應用，化學反應速率和化學平衡的計算，等效平衡的規律，控制變量法設計實驗方案。

①此時的濃度商Q=[c(CO)·c3(H2)]/[c(CH4)·c(H2O)]=(223)/(38.5)=0.631，即反應正向進行，正反應速率大于逆反應速率。

②對比實驗1和3，溫度、CH4、H2O（g）的初始濃度相同，實驗1和實驗3是探究壓強對化學反應速率的影響，則P=303kPa。對比實驗2和實驗3，壓強、CH4、H2O（g）的初始濃度相同，實驗2和實驗3是探究溫度對化學反應速率的影響，t=480。設計實驗2、3的目的是探究溫度對化學反應速率的影響。實驗1和實驗3的溫度相同，K1=K3；實驗2溫度為480℃（高于實驗1和實驗3的360℃），正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，化學平衡常數增大，則K1=K3K2。

（3）對甲，設起始到平衡轉化CH4物質的量為x，用三段式列式：

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

n（起始）（mol） 1 1 0 0

n（轉化）（mol） x x x 3x

n（平衡）（mol） 1-x 1-x x 3x

在恒溫恒容容器中，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，則（1-x）+（1-x）+x+3x=1.2（1+1），解得x=0.2mol，υ（H2）=30.2mol2L5min=0.06 mol·L-1 min-1；上述平衡時CH4、H2O（g）、CO、H2物質的量依次為0.8mol、0.8mol、0.2mol、0.6mol。要使平衡后乙與甲中相同組分的體積分數相等，乙與甲互為等效平衡，本題的特點是恒溫恒容下反應前后氣體分子數不等的反應，用極限法一邊倒后各物質物質的量對應相等，a、b、c應滿足a+b=1、a+=1、c=3b，要維持反應逆向進行，0a0.8，b0.2、c0.6，a取最小值0時，b取最大值1，b的取值范圍為0.2b1。

容器特點	反應特點	起始物質的量之間的關系	兩次平衡時對應物理量的關系
			含量	n	c	p
恒溫恒容	反應前后氣體分子數不等	一邊倒換算后對應相等	相等	相等	相等	相等
	反應前后氣體分子數相等	一邊倒換算后對應成比例	相等	成比例	成比例	成比例
恒溫恒壓	——	一邊倒換算后成比例	相等	成比例	相等	相等