CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛．制取CO和H2的有关化学反应的能量变化如图3所示．（1）写出CH4（g）与H2O（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式．（2）CO和H2可以合成二甲醚，化学方程式为3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）△H＜0．如果上述反应方程式的平衡常数K值变大，则该反应（选填编号）．A．一定向正反应方向移动 B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小C．一定向
2019-04-04
CO和H2可作为能源和化工原料，应用十分广泛．制取CO和H2的有关化学反应的能量变化如图3所示．
（1）写出CH4（g）与H2O（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式______．
（2）CO和H2可以合成二甲醚，化学方程式为3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）△H＜0．
如果上述反应方程式的平衡常数K值变大，则该反应______（选填编号）．
A．一定向正反应方向移动 B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C．一定向逆反应方向移动 D．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
（3）一定条件下，可以由CO2（g）和H2（g）合成CH4（g），同时还生成H2O（g）．
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充人一定量的CO2和H2，在300℃时发生上述反应，10min达到平衡时部分物质的浓度如图1所示：用CH4表示达到平衡时的正反应速率______，起始充H2的物质的量为______，该温度下的平衡常数等于______．
②图2表示H2在建立平衡过程中的速率时间图，若现在20min时扩大容器体积，并在30min时又达到状态，请在图2中画出H2的逆反应方向速率时间图象．
优质解答
（1）由图三可知：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-846.3KJ/mol ①
CO2（g）=CO（g）+O2（g）△H=+282KJ/mol ②
H2（g）+O2（g）=H2O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
将①+②-③×3可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=（-846.3KJ/mol）+（+282KJ/mol ）-（-241.8KJ/mol ）×3=+161.1 kJ•mol-1
故答案为：CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）△H=+161.1 kJ•mol-1；
（2）反应3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H＜0，故若使平衡常数K值变大，则平衡右移，必须通过降低温度才能实现．
A、平衡常数K值变大，平衡右移，故A正确；
B、平衡常数K值变大，平衡右移，须降低温度，而降低温度时正反应速率一直减小，故B错误；
C、平衡常数K值变大，平衡右移，故C错误；
D、平衡常数K值变大，平衡右移，须降低温度，而降低温度时逆反应速率开始减小，由于平衡右移，生成物的浓度后来增大，故逆反应速率后来增大，故D正确．
故选AD；
（3）①平衡状态c（H2）=c（CH4）=0.8mol/L，c（CO2）=0.2mol/L；
CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）
起始量（mol/L） 1.0 4.0 0 0
变化量（mol/L） 0.8 3.2 0.8 1.6
平衡量（mol/L） 0.2 0.8 0.8 1.6
用CH4表示达到平衡时的正反应速率==0.08 mol•L-1•min-1；
起始充H2的物质的量=4.0mol/L×2L=8mol；
平衡常数K==25；
故答案为：0.08 mol•L-1•min-1； 8 mol； 25；
②CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g），反应是气体体积减小的反应，在20min时扩大容器体积，减小压强，反应速率减小，正逆反应速率减小，正反应速率减小的多，反应逆向进行，逆反应速率减小的小，随反应进行氢气逆反应速率减小最后达到平衡状态，氢气的逆反应速率如右图CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g），反应是气体体积减小的反应，在20min时扩大容器体积，减小压强，反应速率减小，正逆反应速率减小，正反应速率减小的多，反应逆向进行，逆反应速率减小的小，随反应进行氢气逆反应速率减小最后达到平衡状态，氢气的逆反应速率如右图：
，
故答案为：．
（1）由图三可知：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）△H=-846.3KJ/mol ①
CO2（g）=CO（g）+O2（g）△H=+282KJ/mol ②
H2（g）+O2（g）=H2O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
将①+②-③×3可得：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=（-846.3KJ/mol）+（+282KJ/mol ）-（-241.8KJ/mol ）×3=+161.1 kJ•mol-1
故答案为：CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）△H=+161.1 kJ•mol-1；
（2）反应3CO（g）+3H2（g）⇌CH3OCH3（g）+CO2（g）的△H＜0，故若使平衡常数K值变大，则平衡右移，必须通过降低温度才能实现．
A、平衡常数K值变大，平衡右移，故A正确；
B、平衡常数K值变大，平衡右移，须降低温度，而降低温度时正反应速率一直减小，故B错误；
C、平衡常数K值变大，平衡右移，故C错误；
D、平衡常数K值变大，平衡右移，须降低温度，而降低温度时逆反应速率开始减小，由于平衡右移，生成物的浓度后来增大，故逆反应速率后来增大，故D正确．
故选AD；
（3）①平衡状态c（H2）=c（CH4）=0.8mol/L，c（CO2）=0.2mol/L；
CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）
起始量（mol/L） 1.0 4.0 0 0
变化量（mol/L） 0.8 3.2 0.8 1.6
平衡量（mol/L） 0.2 0.8 0.8 1.6
用CH4表示达到平衡时的正反应速率==0.08 mol•L-1•min-1；
起始充H2的物质的量=4.0mol/L×2L=8mol；
平衡常数K==25；
故答案为：0.08 mol•L-1•min-1； 8 mol； 25；
②CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g），反应是气体体积减小的反应，在20min时扩大容器体积，减小压强，反应速率减小，正逆反应速率减小，正反应速率减小的多，反应逆向进行，逆反应速率减小的小，随反应进行氢气逆反应速率减小最后达到平衡状态，氢气的逆反应速率如右图CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g），反应是气体体积减小的反应，在20min时扩大容器体积，减小压强，反应速率减小，正逆反应速率减小，正反应速率减小的多，反应逆向进行，逆反应速率减小的小，随反应进行氢气逆反应速率减小最后达到平衡状态，氢气的逆反应速率如右图：，
故答案为：．