Question

合成气（CO和H2）是重要的化工原料，在工业生产中有着广泛的应用．（1）工业上用甲烷和水蒸气在高温条件

合成气（CO和H2）是重要的化工原料，在工业生产中有着广泛的应用．（1）工业上用甲烷和水蒸气在高温条件下发生反应制备合成气（CO和H2），4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量，写该反应的热化学方程式______（2）已知：CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-802kJ?mol-1，由反应（1）制备的合成气10m3（已折成标况），完全燃烧所提供的能量为______kJ（3）工业上常用合成气来冶炼金属，其中CO还原氧化铁来冶炼生铁方程式如下：3CO（g）+Fe2O3（s）═3CO2（g）+2Fe（s）△H＜0①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，______．A．容器中Fe2O3的质量不随时间而变化 B．反应物不再转化为生成物C．n （CO）：n （CO2）=1：1 D．容器中气体的压强不随时间而变化②在一个容积为4L的密闭容器中，1000℃时加入4mol CO（g）和足量Fe2O3（s），反应2分钟后达到平衡，测得此时容器内气体的密度为40g/L，求该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO2）=______、CO的平衡转化率=______、该反应的化学平衡常数K=______．③如果在3分钟时向②的平衡体系中再加入2mol CO（g），其它条件不变，经过2分钟反应又达到平衡．请画出②、③c（CO）、c（CO2） 随时间变化的图象．

Answer 1

（1）4g甲烷完全反应吸收51.5KJ热量，16g甲烷和水反应吸收热量为206KJ；反应的热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
（2）①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802kJ?mol^-1；
②CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
依据盖斯定律，①-②得到：CO（g）+3H₂（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1008KJ/mol；
合成气10m³物质的量=

104L

22.4L/mol

=

104

22.4

mol，结合热化学方程式可知，4mol一氧化碳和氢气完全燃烧放热放热1008KJ，所以

104

22.4

mol，混合气体完全燃烧放出的热量=

104 22.4 ×1008

4

=1.125×10⁵KJ；
故答案为：1.125×10⁵KJ；
（3）3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）△H＜0
①如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时：
A、容器中Fe₂O₃的质量不随时间而变化，说明反应达到平衡，故A符合；
B、平衡时，正逆反应都进行只是正反应速率和逆反应速率相同，故B不符合；
C、一氧化碳和二氧化碳的物质的量之比和起始量有关，n （CO）：n （CO₂）不一定为1：1，故C不符合；
D、反应是气体体积不变的反应，平衡时容器中气体的压强不随时间而变化，故D正确；
故答案为：AD；
②在一个容积为4L的密闭容器中，1000℃时加入4mol CO（g）和足量Fe₂O₃（s），反应2分钟后达到平衡，测得此时容器内气体的密度为40g/L，设反应的一氧化碳物质的量为x：
                  3CO（g）+Fe₂O₃（s）═3CO₂（g）+2Fe（s）
起始量（mol）     4                     0
变化量（mol）     x                     x
平衡量（mol）    4-x                    x
容器内气体的密度为40g/L：

(4?x)×28g/mol+x×44g/mol

4

=40g/L计算得到x=3mol；
该时间范围内反应的平均反应速率υ（CO₂）=

3mol 4L

2min

=0.375mol/L；
CO的平衡转化率=

3mol

4mol

×100%=75%
该反应的化学平衡常数K=

[CO2]3

[CO]3

=

( 3 4 )3

( 1 4 )3

=27；
故答案为：0.375mol/L  75%   27；
③起始量一氧化碳得到浓度为1mol/L；平衡时一氧化碳浓度为0.25mol/L；二氧化碳平衡浓度为0.75mol/L；如果在3分钟时向②的平衡体系中再加入2mol CO（g），其它条件不变，经过2分钟反应又达到平衡；平衡后一氧化碳转化率不变为75%，所以平衡后一氧化碳浓度为0，375mol/L；二氧化碳平衡浓度为1.125mol/L；结合时间画出图象为：


故答案为：