Question

工業(yè)上可利用“甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣”，反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比[

n(H2O)

n(CH4)

]）]對甲烷平衡含量（%）的影響如圖1：
（1）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．的△H

 

0 （填“＞”或“＜”）；若在恒溫、恒壓時(shí)，向該平
衡體系中通入氦氣平衡將

 

移動(dòng)（填“向正應(yīng)方向”、“向逆反應(yīng)方向”或“不”）．
（2）溫度對該反應(yīng)的反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的影響是

 

．
（3）其他條件不變，請?jiān)趫D2中畫出壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，甲烷平衡含量（%）與水碳比之間關(guān)系曲線．（只要求畫出大致的變化曲線）
（4）已知：在700℃，1MPa時(shí)，1mol CH₄與1mol H₂O在2L的密閉容器中反應(yīng)，6分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%，求這6分鐘H₂的平均反應(yīng)速率和該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)是多少？（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字．）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：

分析：（1）從圖1看出溫度升高，甲烷的含量降低，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
（2）根據(jù)圖象中可以看出升高溫度，反應(yīng)速率加快，甲烷的百分含量減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）根據(jù)壓強(qiáng)不變時(shí)，甲烷的百分含量隨水碳比增大而減小來畫出曲線；
（4）利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，再根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（H₂），代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

計(jì)算其平衡常數(shù)．

解答： 解：（1）從圖1看出溫度升高，甲烷的含量降低，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)熱△H＞0；
若在恒溫恒壓時(shí)，向該平衡體系中通入氦氣，使容器體積變大，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
故答案為：＞；向正反應(yīng)方向；
（2）由圖象可知，其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，甲烷的百分含量減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）其他條件不變，壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，CH₄平衡含量隨水碳比的增大而減小，其關(guān)系曲線為；
故答案為：；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算 CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始濃度（mol/L）：0.5    0.5            0      0
變化濃度（mol/L）：0.4     0.4           0.4     1.2
平衡濃度（mol/L）：0.1     0.1           0.4     1.2
v（H₂）=

△c(H2)

△t

=

1.2mol/L

6min

=0.2mol?L^-1?min^-1；
平衡常數(shù)K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

=

0.4×1．23

0.1×0.1

=69.1．
答：6分鐘H₂的平均反應(yīng)速率和該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為0.2mol?L^-1?min^-1、69.1．

點(diǎn)評：本題比較綜合，涉及反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、反應(yīng)速率與平衡常數(shù)計(jì)算等，是對基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，注意掌握蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，難度中等．