Question

【題目】運用化學反應原理研究化學反應有重要的意義。請回答下列問題：

(1)已知在25 ℃，101 kPa下，斷開1 mol H—H鍵要吸收436 kJ的能量，斷開1 mol I—I鍵要吸收151 kJ的能量，斷開1 mol I—H鍵要吸收298 kJ的能量。

①通過以上數據計算當I2和 H2反應生成2 mol H—I時會放出9kJ的能量；若將1 mol I2和1 mol H2置于密閉容器中，并在上述條件下反應，發現熱量實測值（恢復到25 ℃，101 kPa）遠小于上述計算值，你認為最可能的原因是_______________________。

(2)一定條件下，甲烷與水蒸氣發生反應：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)，工業上可利用此反應生產合成氨原料氣H2。

①一定溫度下，向2L恒容密閉容器中充入1.6 mol CH4和2.4 mol H2O(g)發生上述反應，CO(g)的物質的量隨時間的變化如圖所示。0~2 min內的平均反應速率υ(H2)＝__________ mol·L－1·min－1， 平衡時CH4的轉化率為_____________。[轉化率＝×100%]

②若要進一步提高該反應的化學反應速率，除了使用催化劑和升高溫度外， 還可以采取的措施有_______________________（任寫一條）。

③下列能說明上述反應達到平衡狀態的是________（填代號）。

a υ逆(CH4)＝3υ正(H2)

b 恒溫恒容時，容器內混合氣體的密度保持不變

c CH4(g)、H2O(g)的濃度保持不變

d CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物質的量之比為1:1:1:3

e 斷開3 mol H-H鍵的同時斷開2 mol O-H鍵

Answer 1

【答案】反應I2+H2 2HI是可逆反應，1 mol I2和1 mol H2不能完全轉化成2 mol HI 0.9 75% 增大反應物（甲烷或水蒸氣）的濃度或縮小體積增大壓強等 ce

【解析】

本題考查的是可逆反應、化學反應速率、平衡標志。

（1）此小題考查的是可逆反應，可逆反應不能進行徹底，則熱量實測值遠小于完全反應計算的數值；

（2）①如圖所示數據，根據變化量之比等于化學計量數之比，計算出氫氣和甲烷的物質的量的變化量，再根據公式和轉化率＝×100%進行計算；

②此小題考查的是影響速率的因素。影響速率的外因主要有溫度、濃度、壓強、催化劑等，若想增大反應速率可以從這幾點采取相應的措施；

③根據化學平衡狀態的本質和特征判斷。

（1）通過題中數據計算，當I2和 H2反應生成2 mol H—I時會放出9kJ的能量；若將1 mol I2和1 mol H2置于密閉容器中，并在上述條件下反應，發現熱量實測值（恢復到25 ℃，101 kPa）遠小于上述計算值，可能是因為反應I2+H2 2HI是可逆反應，1 mol I2和1 mol H2不能完全轉化成2 mol HI。本小題答案為：反應I2+H2 2HI是可逆反應，1 mol I2和1 mol H2不能完全轉化成2 mol HI。

（2）①如圖所示，CO的物質的量的變化量為1.2mol-0mol=1.2mol，因為物質的量的變化量之比等于化學計量數之比，氫氣的物質的量的變化量是CO的3倍，氫氣的物質的量的變化量為3.6mol，氫氣的濃度的變化量為3.6mol÷2L=1.8mol/L，υ(H2)=1.8mol/L÷2min=0.9 mol·L－1·min－1；因為甲烷的物質的量的變化量等于CO的物質的量的變化量，甲烷的物質的量的變化量為1.2mol，則平衡時CH4的轉化率為1.2mol÷1.6mol=75%。本小題答案為：0.9；75%。

②若要進一步提高該反應的化學反應速率，除了使用催化劑和升高溫度外， 還可以增大反應物（甲烷或水蒸氣）的濃度或縮小體積增大壓強等。本小題答案為：增大反應物（甲烷或水蒸氣）的濃度或縮小體積增大壓強等。

③a.若用不同的物質表示化學反應速率時，應一個為正反應速率，一個為逆反應速率，且速率之比等于化學計量數之比，則3υ逆(CH4)＝υ正(H2)說明反應達到平衡狀態，υ逆(CH4)＝3υ正(H2)反應沒有達到平衡，故a不符合題意；

b.恒溫恒容時，由于此反應是個氣體的質量不變的反應，則氣體的密度ρ=m/V一直不變，故不能作為平衡的標志，故b不符合題意；

c. CH4(g)、H2O(g)的濃度保持不變時，其它各組分的濃度也不再變化，故當各組分的濃度不變時，反應達到平衡狀態，故c符合題意；

d. CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物質的量之比為1:1:1:3，等于化學計量數之比，只是一個巧合，并不能說明各組分濃度不再變化，故不能作為平衡標志，故d不符合題意；

e. 若用不同的物質表示化學反應速率時，應一個為正反應速率，一個為逆反應速率，且速率之比等于化學計量數之比， 斷開 H-H鍵為逆反應速率，同時斷開O-H鍵為正反應速率，且 H-H鍵和O-H鍵的個數比為3:2，說明反應達到平衡狀態，故e符合題意。答案選ce。