合成气（CO+H₂）广泛用于合成有机物，工业上常采用天然气与水蒸气反应等方法来制取合成气。

（1）已知，5.6LCH₄（标况下数据）与水蒸气完全反应时吸收51.5kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式___；

（2）在150℃时2L的密闭容器中，将2molCH₄和2molH₂O(g)混合，经过15min达到平衡,此时CH₄的转化率为60%。回答下列问题：

①从反应开始至平衡，用氢气的物质的量浓度变化表示该反应速率v(H₂)=___。

②该反应的平衡常数表达式K=___。

③下列选项中能表示该反应已达到平衡状态的是___

A．v(H₂)_逆=3v(CO)_正

B．密闭容器中混合气体的密度不变

C．密闭容器中总压强不变

D．c(CH₄)=c(CO)

④平衡时容器中CH₄的体积分数___。

答案

CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+3H₂(g)   △H=+206.0kJ/mol    0.12mol·L^-1·min^-1    K=    AC    12.5%   

【详解】

(1)标况下，5.6LCH₄物质的量n=5.6L/(22.4Lmol^-1)=0.25，吸收51.5KJ的热量，则1mol甲烷反应吸收热量为：51.5KJ÷0.25mol = 206KJ/mol，热化学方程式为: CH₄(g)+ H₂O(g)= CO(g) + 3H₂(g)  △H = +206 KJ/mol；

(2) 在150℃时2L的密闭容器中，将2molCH₄和2molH₂O(g)混合，经过15min达到平衡，此时CH₄的转化率为60%，

①从反应开始至平衡，用氢气的物质的量浓度变化表示该反应速率；

②该反应的平衡常数表达式为K=；

③A．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v(H₂)_逆=3v(CO)_正= v(H₂)_正，说明氢气正逆

反应速率相同，反应达到平衡状态，A正确；

B．密闭容器中混合气体的质量和体积不变，密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，B错误；

C．反应前后气体物质的量增加，气体压强之比等于气体物质的量之比，密闭容器中总压

强不变，说明反应达到平衡状态，C正确；

D．浓度关系和消耗量、起始量有关，c(CH₄)=c(CO)不能说明反应达到平衡状态，D错误；

④平衡时容器中CH₄的体积分数为：0.4/(0.4+0.4+0.6+1.8)×100%=12.5%。

【点睛】

判断能否用密度不变来说明反应达到平衡状态时，要注意体系混合气体的质量是否保持不变，体积是否保持不变，若均是，则不能用密度不变来说明反应达到平衡状态。