Question

【題目】某合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成甲醚(CH3OCH3)等清潔燃料。由天然氣獲得該合成氣過程中可能發生的反應有：

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1＝+206.1 kJ·mol-1

②CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH2＝+247.3 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3

請回答下列問題：

（1）在一密閉容器中進行反應①，測得CH4的物質的量濃度隨反應時間的變化如圖所示，則在10 min時，改變的外界條件可能是__________________________。

（2）反應③中ΔH3＝_____________。800 ℃時，反應③的平衡常數K＝1，測得該溫度下密閉容器中某時刻各物質的物質的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此時反應③中正、逆反應速率的關系式是_________(填代號)。

a．v正>v逆 b．v正<逆 c．v正＝v逆 d．無法判斷

（3）如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH4和CO2，使甲、乙兩容器初始容積相等。在相同溫度下發生反應②，并維持反應過程中溫度不變。已知甲容器中CH4的轉化率隨時間的變化如圖3所示，請在圖3中畫出乙容器中CH4的轉化率隨時間變化的圖像。___________

（4）某合成氣的主要成分中的一氧化碳，在一定條件下也可用NaOH溶液與CO反應生成甲酸鈉(HCOONa)，進一步反應生成甲酸來消除CO污染。常溫下將a mol的CO通入2 L b mol·L-1NaOH溶液中，恰好完全反應生成甲酸鈉和含少量甲酸的混合溶液(假設溶液體積不變)，測得溶液中c(Na+)=c(HCOO-)，則該混合溶液中甲酸的電離平衡常數Ka=_________(用含a和b的代數式表示)。

Answer 1

【答案】 升高溫度(或充入水蒸氣) -41.2 kJ·mol-1 a （2b×10-7）/（a-2b）

【解析】(1)由圖可知，10min時甲烷的濃度繼續減小，該反應向正反應方向移動，而該反應為吸熱反應，則升高溫度符合題意，故答案為：升高溫度；

(2)根據蓋斯定律可知，①-②可得反應③，則△H3=+206.1kJ/mol-(+247.3kJ/mol)=-41.2kJ/mol，

800℃時，反應③的K=1.0時，正逆反應速率相等，化學平衡不移動；由表格中的數據可知，氣體的體積相同，則物質的量與濃度成正比，Q=＜K=1.0，該反應向正反應方向移動，則正反應速率大于逆反應速率，即選a，故答案為：-41.2kJ/mol；a；

(3)甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH4和CO2，且甲、乙兩容器初始容積相等，由圖可知，甲的體積不變，乙的壓強不變，乙中發生CH4+CO22CO+2H2，其體積增大，則相當于壓強減小，化學平衡向正反應方向移動，乙容器中CH4的轉化率增大，但壓強小，反應速率減慢，則達到平衡的時間變長，則乙中CH4的轉化率隨時間變化的圖像為，故答案為：；

(4)反應平衡時，c(Na+)=c(HCOO-)=bmol/L，據電荷守恒可知：c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液呈中性，則甲酸電離平衡常數為K===，故答案為： 。