Question

隨著環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，清潔能源越來越受到人們關(guān)注．
（1）甲烷是一種理想的潔凈燃料．已知：
CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ?mol^-1
H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
則4.8g甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水，放出熱量為

267.1kJ

．
（2）利用甲烷與水反應(yīng)制備氫氣，因原料廉價(jià)，具有推廣價(jià)值．
該反應(yīng)為CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ?mol^-1．
①若800℃時(shí)，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=l.0，某時(shí)刻測(cè)得該溫度下密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度如下表．

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

則此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系是

A

．（填下列相關(guān)選項(xiàng)的字母符號(hào)）
A．v（正）＞v（逆）  B．v（正）＜v（逆）C．v（正）=v（逆）D．無法判斷
②為了探究溫度、壓強(qiáng)對(duì)上述化學(xué)反應(yīng)速率的影響，張山同學(xué)設(shè)計(jì)了以下三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)（溫度為360℃或480℃、壓強(qiáng)為101kPa或303kPa，其余實(shí)驗(yàn)條件見下表）．

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	溫度/℃	壓強(qiáng)/kPa	CH4初始濃度/mol?L-1	H2O初始濃度/mol?L-1	K
1	360	P	2.00	6.80	K1
2	t	101	2.00	6.80	K2
3	360	101	2.00	6.80	K3

表中t=

480

，P=

303

；
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2、3的目的是

探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響

；
實(shí)驗(yàn)l、2、3中反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是

K₂＞K₁=K₃

（用K₁、K₂、K₃表示）．
（3）利用催化劑，通過兩步反應(yīng)可將水分解制得氫氣，若第一步反應(yīng)為：MnFe₂O₄

＞1000K  .

MnFe₂O_4-x+

x

2

□↑，則框內(nèi)物質(zhì)為

O₂

；
第二步反應(yīng)的化學(xué)方程式為

xH₂O+MnFe₂O_4-x=MnFe₂O₄+xH₂↑

（可不寫反應(yīng)條件）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律寫出甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式，再根據(jù)反應(yīng)熱計(jì)算；
（2）①計(jì)算出該時(shí)刻時(shí)的濃度商，與平衡常數(shù)相比，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，據(jù)此解答；
②采取控制變量法，根據(jù)三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)的要求條件判斷T、P的值；
采取控制變量法，對(duì)比實(shí)驗(yàn)2、3的條件不同，分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?BR>平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，若溫度升高，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒，可知未知物為氧氣；
兩步反應(yīng)總和為水的分解反應(yīng)，減去第一步反應(yīng)即為第二步反應(yīng)．

解答：解：（1）已知反應(yīng)：①CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ?mol^-1，
②H₂O（1）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1，
①-②×2得，甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890.3kJ?mol^-1，
所以4.8g甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水，放出熱量為

4.8g

16g/mol

×890.3kJ?mol^-1=267.1kJ，
故答案為：267.1kJ；
（2）①此時(shí)的濃度商為

2.0mol/L×(2.0mol/L)3

3.0mol/L×8.5mol/L

=0.63，小于平衡常數(shù)k=1，所以反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，即v（正）＞v（逆），
故答案為：A；
②三組實(shí)驗(yàn)條件要求溫度為360℃或480℃、壓強(qiáng)為101kPa或303kPa，采取控制變量法，探究溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，由表可知t為480，p為303；
對(duì)比實(shí)驗(yàn)2、3，只有溫度不同，其它條件相同，所以實(shí)驗(yàn)2、3的目的是探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；
實(shí)驗(yàn)1、3溫度相同，平衡常數(shù)相同，即K₁=K₃，比較實(shí)驗(yàn)1、2，實(shí)驗(yàn)2中溫度高，溫度升高，平衡向吸熱方向移動(dòng)，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，即K₂＞K₁，所以K₂＞K₁=K₃，
故答案為：480；303；探究溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；K₂＞K₁=K₃；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒，可知未知物為氧氣O₂；
水分解反應(yīng)為2H₂O=O₂↑+2H₂↑，第一步反應(yīng)為MnFe₂O₄

＞1000K  .

MnFe₂O_4-x+

x

2

O₂↑，水的分解反應(yīng)減去第一步反應(yīng)即為第二步反應(yīng)，所以第二步反應(yīng)為xH₂O+MnFe₂O_4-x=MnFe₂O₄+xH₂↑．
故答案為：O₂；xH₂O+MnFe₂O_4-x=MnFe₂O₄+xH₂↑．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響等知識(shí)點(diǎn)，難度不大，注意化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與其他物理量無關(guān)．