Question

Ⅰ、CO和H₂的混合氣體俗稱(chēng)合成氣，是一種重要的工業(yè)原料氣，焦炭、天然氣（主要成分為CH₄）、重油、煤在高溫下均可與水蒸氣反應(yīng)制得合成氣．
（1）寫(xiě)出天然氣與水蒸氣反應(yīng)制得合成氣的化學(xué)方程式為：

 

．
（2）向體積為2L的密閉容器中充入CH₄和H₂O（g）組成的混合氣（共1mol），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，并達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得溫度、壓強(qiáng)、投料比X〔n（CH₄）/n（H₂O）〕對(duì)平衡時(shí)CH₄的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的影響如圖所示．

①圖1中的兩條曲線所示投料比的關(guān)系X₂

 

 X₁（填“=”“＞”或“＜”下同）
②圖2中兩條曲線所示的壓強(qiáng)比的關(guān)系：P₂

 

P₁
Ⅱ．硫酸工業(yè)用SO₂制取SO₃的反應(yīng)為2SO₂（g）+O₂（g） 

MnO2

△

2SO₃（g）△H=-47kJ?mol^-1．恒容不同溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)如下表：

溫度	200℃	300℃	400℃
平衡常數(shù)	K1	K2	K3

（1）反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
（2）下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡的是

 

（填序號(hào)）．
a．v_正（O₂）=2v_逆（SO₃）
b．容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化
c．容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化
d．容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化
（3）在上述平衡體系中加入¹⁸O₂，當(dāng)平衡發(fā)生移動(dòng)后，SO₂中¹⁸O的百分含量

 

（填“增加”、“減少”或“不變”）其原因是

 

．
（4）一定溫度下，把2mol SO₂和1mol O₂通入一恒容密閉容器中，平衡時(shí)SO₃的體積分?jǐn)?shù)為x．保持溫度不變，若初始加入SO₂、O₂和SO₃的物質(zhì)的量分別為a、b、c，當(dāng)a、b、c的取值滿足①

 

（填a與c的關(guān)系）、②

 

（填b與c的關(guān)系）時(shí)，才能保證達(dá)到平衡時(shí)SO₃的體積分?jǐn)?shù)仍為x．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線,等效平衡,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、（1）天然氣與水蒸氣反應(yīng)制得合成氣氫氣和一氧化碳，依據(jù)原子守恒書(shū)寫(xiě)得到化學(xué)方程式；
（2）①投料比X=

n(CH4)

n(H2O)

越大，平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高；
②投料比一定時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)影響，結(jié)合圖象分析解答；
Ⅱ、（1）平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積；
（2）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)可逆反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)等效平衡進(jìn)行計(jì)算．

解答： Ⅰ、（1）天然氣與水蒸氣反應(yīng)制得合成氣氫氣和一氧化碳，依據(jù)原子守恒書(shū)寫(xiě)得到化學(xué)方程式為：CH₄+H₂O（g）?3 H₂+CO；
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）；
（2）反應(yīng)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g），
①料比X=

n(CH4)

n(H2O)

越大，平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率越低，含量越高，故x₂＜x₁，故答案為：＜；
②該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)甲烷的含量增大，故p₂＜p₁，故答案為：＜；
Ⅱ．（1）2SO₂（g）+O₂（g） 

MnO2

△

2SO₃（g），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c2(SO3)

c2(SO2)c(O2)

； 　
故答案為：

c2(SO3)

c2(SO2)c(O2)

；
（2）a．v_正（O₂）=2v_逆（SO₃），反應(yīng)速率之比與化學(xué)計(jì)量數(shù)之比不等，故a錯(cuò)誤；
b．平均分子量=

總重量

總物質(zhì)的量

，總質(zhì)量一定，總物質(zhì)的量會(huì)變，故容器中氣體的平均分子量不隨時(shí)間而變化能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的質(zhì)量不變，容器的體積也不變，故容器中氣體的密度不隨時(shí)間而變化不能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的分子數(shù)減少，故容器中氣體的分子總數(shù)不隨時(shí)間而變化能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（3）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）的平衡體系中加入¹⁸O₂，由于反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以達(dá)到新的平衡后¹⁸O₂出現(xiàn)在SO₂、O₂與SO₃中，故SO₂中¹⁸O的百分含量增加，
故答案為：增加；該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以達(dá)到新的平衡后¹⁸O₂出現(xiàn)在SO₂、O₂與SO₃中；
（4）2SO₂（g）+O₂（g）

催化劑 .

△

2SO₃
Ⅰ2mol     1mol          0
Ⅱa       b            c  
當(dāng)SO₂和SO₃的物質(zhì)的量之和為2 mol時(shí)，才能保證反應(yīng)初始SO₂的物質(zhì)的量為2mol，即a+c=2mol，此時(shí)要求O₂為1mol，那么就有b+0.5c=1mol．
滿足此兩條件方可使平衡與原平衡為等效平衡，
故答案為：a+c=2；2b+c=2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)表達(dá)式、等效平衡等知識(shí)點(diǎn)，難度中等．要注意等效平衡的條件．