Question

使用石油熱裂解的副產物CH₄來制取CO和H₂，其生產流程如下：
（1）此流程的第I步反應為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），一定條件下CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖1．則p1

p₂．（填“＜”、“＞”或“=”）    
100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時CH₄的轉化率為0.5．此時該反應的平衡常數(shù)K=

 

．增大壓強K值將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）此流程的第II步反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1

從上表可以推斷：該反應是

 

反應（填“吸熱”或“放熱”），該反應的反應熱△H

 

0（填“＜”、“=”“＞”）．
圖2表示第II步反應在t₁時刻達到平衡、在t₂時刻因改變某個條件引起濃度變化的情況：圖2中t₂時刻發(fā)生改變的條件是

 

（寫出一種）．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,物質的量或濃度隨時間的變化曲線,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）采取控制變量法分析，由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P₁的CH₄轉化率高，反應為氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動；依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度結合平衡常數(shù)概念計算得到，平衡常數(shù)隨溫度變化；
（2）分析圖表數(shù)據(jù)可知平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行，正反應是放熱反應；在t₂時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，結合平衡移動原理分析．

解答： 解：（1）由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P₁的CH₄轉化率高，平衡向正反應方向移動，反應為氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即P₁＜P₂；100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時CH₄的轉化率為0.5，
                  CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）    0.01    0.02       0      0
變化量（mol/L）   0.005   0.005     0.005   0.015
平衡量（mol/L）   0.005   0.015     0.005   0.015
平衡常數(shù)K=

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4（mol/L）²；
平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨壓強改變，所以平衡常數(shù)不變；
故答案為：＜，2.25×10^-4，不變；
（2）分析圖表數(shù)據(jù)可知平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行，正反應是放熱反應，△H＜0；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反應是氣體體積不變的放熱反應，在t₂時刻因改變某個條件濃度發(fā)生變化的情況是二氧化碳濃度增大，一氧化碳濃度減小，說明平衡正向進行，降低溫度，或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量均可以實現(xiàn)，
故答案為：放熱，＜，降低溫度，或增加水蒸汽的量，或減少氫氣的量．

點評：本題考查了化學平衡的分析判斷，圖象分析方法，平衡常數(shù)的計算應用，平衡移動原理的理解和影響因素的分析是解題關鍵，題目難度中等．