Question

合成氣(CO和H₂)是重要的化工原料，在工業生產中有著廣泛的應用。
（1）工業上用甲烷和水蒸氣在高溫條件下發生反應制備合成氣(CO和H₂)，4g甲烷完全反應吸收51.5KJ熱量，寫該反應的熱化學方程式                          
（2）工業上常用合成氣來冶煉金屬，其中CO還原氧化鐵來冶煉生鐵方程式如下：
3CO(g)+Fe₂O₃(s)3CO₂(g)+ 2Fe(s) △H<0
①如果上述反應在體積不變的密閉容器中發生，當反應達到平衡時，       。

A．容器中Fe2O3的質量不隨時間而變化	B．反應物不再轉化為生成物
C．n (CO) ：n (CO2) = 1：1	D．容器中氣體的壓強不隨時間而變化

②在一個容積為4L的密閉容器中，1000℃時加入4mol CO(g)和足量Fe₂O₃(s)，反應2分鐘后達到平衡，測得此時容器內氣體的密度為40g/L，求該時間范圍內反應的平均反應速率υ(CO₂)= ___、CO的平衡轉化率= _____、該反應的化學平衡常數K=        。

Answer 1

（1）CH₄(g)＋H₂O(g) =" CO" (g)＋3H₂ (g)　△H=+206kJ?mol^-1(2分)
（2）①A D(2分，少選、錯選均為0分)
② 0.375 mol/(L?min)(2分)75% (1分) 27(2分)

試題分析：：（1）4g甲烷完全反應吸收51.5KJ熱量，16g甲烷和水反應吸收熱量為206KJ；反應的熱化學方程式為：CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g)△H=+206KJ/mol；
（2）①A中容器中Fe₂O₃的質量不隨時間而變化，說明反應達到平衡，故A符合；B中平衡時，正逆反應都進行只是正反應速率和逆反應速率相同，故B不符合；C中一氧化碳和二氧化碳的物質的量之比和起始量有關，n(CO)：n(CO₂)不一定為1：1，故C不符合；D在反應是氣體體積不變的反應，平衡時容器中氣體的壓強不隨時間而變化，故D正確；
②          3CO(g)+Fe₂O₃(s)═3CO₂(g)+2Fe(s)
起始(mol)   4                   0
變化(mol)  x                    x
平衡(mol)  4-x                   x
容器內氣體的密度為40g/L：=40g/L計算得到x=3mol；
該時間范圍內反應的平均反應速率υ(CO₂)==0.375mol/L；
CO的平衡轉化率=×100%=75%