Question

【題目】工業(yè)上可利用“甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法”生產(chǎn)氫氣，反應的熱化學方程式為CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H=+161.1kJ·mol-1

（1）已知溫度、壓強對甲烷平衡時的體積分數(shù)的影響如圖1，請回答：

①圖1中a、b、c、d四條曲線中的兩條代表壓強分別為1MPa、2MPa時甲烷體積分數(shù)的曲線，其中表示1MPa的是_____。

②該反應的平衡常數(shù)：K(600℃)___（填“＞”“＜”或“=”）K(700℃)。

（2）①已知：在700℃、1MPa時，1molCH4與1molH2O在1L的密閉容器中反應，6min時達到平衡（如圖2），此時CH4的轉(zhuǎn)化率為__，該溫度下反應的平衡常數(shù)為____（結(jié)果保留小數(shù)點后一位數(shù)字）。

②從圖2分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向是____（填“向正反應方向”或“向逆反應方向”）移動，采取的措施可能是____。

Answer 1

【答案】a ＜ 80% 276.5 向逆反應方向 將容器體積縮小為原來的1/2或加入原平衡等量的氫氣

【解析】

(1)根據(jù)外界條件對平衡狀態(tài)的影響分析；

(2)①結(jié)合圖像和三段式計算CH4的轉(zhuǎn)化率和該溫度下反應的平衡常數(shù)；

②根據(jù)壓強對平衡狀態(tài)的影響分析解答。

(1)①由CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+161.1kJ/mol可知，隨著溫度的升高，平衡向正反應方向移動，甲烷的平衡含量會逐漸減小，因此排除曲線c、d，又因增大壓強，平衡逆向移動，甲烷的平衡含量增大，故1Mpa是曲線a，2Mpa的是曲線b；

②由CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+161.1kJ/mol可知，隨著溫度的升高，平衡向正反應方向移動，平衡常數(shù)增大，因此該反應的平衡常數(shù)：600℃時小于700℃；

(2)① CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)

起始(mol/L)：1 1 0 0

變化(mol/L)：0.8 0.8 0.8 2.4

平衡(mol/L)：0.2 0.2 0.8 2.4

此時CH4的轉(zhuǎn)化率為×100%=80%；

該溫度下反應的平衡常數(shù)K==276.5mol2L-2；

②由圖2可知，在7min時，氫氣的濃度增大了一倍，可能是縮小體積為原來的或增加了等量的氫氣，無論是增大壓強，還是增大氫氣的濃度，平衡均是逆向移動。