Question

以甲烷為初始原料制取氫氣，是一項比較成熟的技術(shù)，下面是制取氫氣的流程圖，根據(jù)信息回答下列問題：

（1）階段I發(fā)生的反應(yīng)為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。

①已知在“水碳比”［］等于3時測得溫度（T )和壓強（p）對上述反應(yīng)的影響如圖所示。則升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K_______（填“增大”、“減小”或“不變”），據(jù)圖可知p1_________（填“>”、“<”或“=”）p2。

②將等物質(zhì)的量的甲烷和水蒸氣充入1L恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，某溫度下反應(yīng)達到平衡，平衡常數(shù)K=27，此時測得一氧化碳的物質(zhì)的量為0．10 mol，則甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為____________。

（2）階段Ⅱ發(fā)生的反應(yīng)為CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2 (g)，T1溫度時，向2L的恒容密閉容器中通入一定量的CO和H2O(g)，反應(yīng)過程中測得部分數(shù)據(jù)如下表所示（表中t1<t2）：

反應(yīng)時間/min	n(CO)/mol	n(H2O)/mol
0	1.20	0.60
t1	0.80
t2		0.20

①保持T1溫度不變，若向原容器中通入0.60 rnol CO和1.20 mol H2O(g)，則達到平衡后n(CO2)=____。

②若達到平衡后，保持其他條件不變，只是向原平衡體系中再通入0.20 mol H2O(g)，則下列說法正確的是________。

a．CO的轉(zhuǎn)化率將增大

b．H2O(g)的體積分數(shù)將增大

c．氣體的密度將不變

d．化學(xué)平衡常數(shù)將增大

e．因混合氣體總體積不變，故混合氣體的總物質(zhì)的量不變

（3）儲氫問題是安全利用氫能的關(guān)鍵，某合金是一種能夠吸收氫氣的神奇材料，已知一定條件下1 cm3的該合金最多可吸收6.02×1022個氫原子，液態(tài)氫氣的密度為0.07 g·cm-3，則相同體積的該合金和液態(tài)氫的含氫量之比為_________。

Answer 1

（1）①增大；>；②91%；（2）①0.40mol；②ab；（3）10：7

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)圖像甲烷的體積分數(shù)隨溫度的升高而降低，說明溫度升高，平衡向正反應(yīng)方向進行，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向為吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)平衡常數(shù)增大，化學(xué)反應(yīng)方程式中反應(yīng)物的氣體系數(shù)之和小于生成物的氣體系數(shù)之和，增大壓強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲烷的體積分數(shù)增大，對圖像作一等溫線，得出p1>p2；②設(shè)開始時充入甲烷和水的物質(zhì)的量為a，達到平衡消耗CH4的物質(zhì)的量為x CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始量 a a 0 0

變化量 x x x 3x

平衡量 a-x a-x x 3x

根據(jù)題意x=0.10mol，平衡常數(shù)K=c3(H2)×c(CO)/[c(CH4)×c(H2O)]=0.33×0.1/(a-0.1)2=27，解得a=0.11，甲烷的轉(zhuǎn)化率=；（2）①根據(jù)表格數(shù)據(jù)t1min消耗n(CO)=1.2－0.8=0.4mol，同時消耗n(H2O)=0.4mol，此時的化學(xué)平衡常數(shù)為K=[c(H2)×c(CO2)]/[c(CO)×c(H2O)]=(0.2×0.2)/(0.4×0.1)=1，t2min消耗n(H2O)=0.4mol，同時消耗n(CO)=0.4mol，此時的平衡常數(shù)K=[c(H2)×c(CO2)]/[c(CO)×c(H2O)]=（0.2×0.2)/(0.1×0.4)=1，t1和t2都達到了化學(xué)平衡，通入0.6molCO和1.20molH2O，設(shè)達到平衡時n(CO2)=xmol，則平衡常數(shù)K=[c(H2)×c(CO2)]/[c(CO)×c(H2O)]=（0.5x×0.5x)/[0.5(0.6－x)×0.5(1.2－x)]=1，解得x=0.40mol；②向原平衡體系中再通入0.2molH2O（g），增加反應(yīng)物的濃度，平衡右移，a、增加了水蒸氣的量，平衡右移，CO的總量不變，消耗的CO的量增加，轉(zhuǎn)化率增加，正確；b、平衡雖右移，但水蒸氣的量增加，體積分數(shù)增大，正確；c、ρ=m/v，增加水蒸氣的量，m增加，而容器的體積不變，ρ增加，錯誤；d、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，錯誤；e、平衡后再通入水蒸氣，總物質(zhì)的量的增大，錯誤；（3）1cm3合金最多含的0.1molH，1cm3液態(tài)氫氣含的H的物質(zhì)的量0.07×2/2=0.07mol，兩者含氫量之比為0.1：0.07=10：7。

考點：考查影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素、勒夏特列原理、化學(xué)平衡的計算等知識。

考點分析： 考點1：化學(xué)平衡狀態(tài)及移動 考點2：烷烴 試題屬性

• 題型：
• 難度：
• 考核：
• 年級：