Question

16．CO和H₂的混合氣體俗稱合成氣，是一種重要的工業(yè)原料氣，工業(yè)上利用天然氣（主要成分為CH₄）與水進行高溫重整制備合成氣．
（1）用甲烷與水蒸氣制備合成氣，每生成1mol合成氣，需要供給51.5kJ熱量．該反應的熱化學方程式為CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol．
（2）在一定溫度下，向體積為2L的密閉容器中充入0.40mol CH₄和0.60mol H₂O（g），發(fā)生反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．測得CH₄和H₂的物質(zhì)的量濃度隨時間變化如下表所示：

濃度（mol/L） 物質(zhì) 時間/min	0	1	2	3	4
CH4	0.2	0.13	0.1	0.1	0.09
H2	0	0.21	0.3	0.3	0.33

①該反應第一次達平衡時的平衡常數(shù)K=0.135．
②3min時改變的反應條件是升高溫度或增大H₂O（g）的濃度或減小CO的濃度（只填一種條件的改變即可）．
（3）已知一定壓強下，溫度、投料比X[$\frac{n（C{H}_{4}）}{n（{H}_{2}O）}$]對該反應的影響如圖所示．圖中的兩條曲線所示投料比的關(guān)系X₁＞X₂（填“=”、“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)熱化學方程式的書寫方法，先寫出方程式并標注狀態(tài)，再根據(jù)熱量與化學計量數(shù)計算焓變；
（2）①反應方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）根據(jù)三行式代入平衡常數(shù)表達式進行計算；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知3min時達到平衡，再根據(jù)4min時各組分濃度變化量判斷改變的條件；
（3）碳水比n（CH₄）/n（H₂O）值越大，平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高．

解答 解：（1）根據(jù)熱化學方程式的書寫方法，先寫出方程式并標注狀態(tài)，再根據(jù)熱量與化學計量數(shù)計算焓變，則用甲烷與水蒸氣制備合成氣，每生成1mol合成氣，需要吸收51.5kJ熱量，該反應的熱化學方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
（2）①反應方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g），
      初起量（mol•L^-1）：0.2     0.3       0      0
      變化量（mol•L^-1）：0.1     0.1     0.1     0.3
      平衡量（mol•L^-1）：0.1     0.2     0.1     0.3
所以K=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.1×0．{3}^{3}}{0.1×0.2}$=0.135，
故答案為：0.135；
②3min時改變的反應條件，反應向正反應方向進行，可能為升高溫度或增大H₂O的濃度或減小CO的濃度，
故答案為：升高溫度或增大H₂O的濃度或減小CO的濃度；
（3）碳水比n（CH₄）/n（H₂O）值越大，平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高，故x₁＞x₂，
故答案為：＞．

點評 本題綜合性較大，涉及化學平衡圖象、化學平衡的影響因素、化學平衡計算、化學計算、離子濃度比較等，為高考常見題型，難度中等，是對基礎(chǔ)知識與學生能力的綜合考查，注意把握化學平衡的影響因素以及圖象、數(shù)據(jù)的分析能力的培養(yǎng)．