Question

15．以甲烷為初始原料制取氫氣，是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)，下面是制取氫氣的流程圖如圖1，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寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$；
②已知在“水碳比”$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{H}_{4}）}$=3時，測得溫度（T ）和壓強(qiáng)（p）對上述反應(yīng)的影響如圖2所示．則升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K增大（填“增大”、“減小”或“不變”），據(jù)圖可知P_1＞P₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
（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?jǐn)?shù)據(jù)如表所示（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 0.60mol CO和1.20mol H₂O（g），則達(dá)到平衡后n（CO₂）=0.4mol．
②若達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，只是向原平衡體系中再通入0.20mol H₂O（g），則下列說法正確的是ab．
a、CO的轉(zhuǎn)化率將增大 b、H₂O（g）的體積分?jǐn)?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．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數(shù)為生成物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積與反應(yīng)物平衡濃度化學(xué)計(jì)量數(shù)冪乘積之比；
②由圖開始，升高溫度甲烷的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，甲烷的體積分?jǐn)?shù)增大；
（2）①t₁min時，反應(yīng)的CO為1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知反應(yīng)的水為0.4mol，則此時水的物質(zhì)的量為0.6mol-0.4mol=0.2mol，而t₂min時水為0.2mol，故t₁min、t₂min均處于平衡狀態(tài)，平衡時二氧化碳為0.4mol，
保持T₁溫度不變，若向原容器中通入 0.60mol CO和1.20mol H₂O（g），與原平衡相比反應(yīng)物的量相互交換，二者按1：1反應(yīng)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$不變，則平衡時對應(yīng)生成物的量與原平衡相同；
②若達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，只是向原平衡體系中再通入0.20mol H₂O（g），
a．平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率將增大；
b．等效為開始通入1.6molCO、0.8mol水到達(dá)平衡后再移走0.4molCO，而開始通入1.6molCO、0.8mol水與原平衡為等效平衡，平衡時水的體積分?jǐn)?shù)相同；
c．混合氣體總質(zhì)量增大，容器的容積不變；
d．化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響．

解答 解：（1）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$；
②由圖開始，升高溫度甲烷的體積分?jǐn)?shù)減小，說明升高溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大；
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，甲烷的體積分?jǐn)?shù)增大，則P₁＞P₂，
故答案為：增大；＞；
（2）①t₁min時，反應(yīng)的CO為1.2mol-0.8mol=0.4mol，由方程式可知反應(yīng)的水為0.4mol，則此時水的物質(zhì)的量為0.6mol-0.4mol=0.2mol，而t₂min時水為0.2mol，故t₁min、t₂min均處于平衡狀態(tài)，平衡時二氧化碳為0.4mol，
保持T₁溫度不變，若向原容器中通入 0.60mol CO和1.20mol H₂O（g），與原平衡相比反應(yīng)物的量相互交換，二者按1：1反應(yīng)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$不變，則平衡時對應(yīng)生成物的量與原平衡相同，故生成二氧化碳為0.4mol，
故答案為：0.4mol；
②若達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，只是向原平衡體系中再通入0.20mol H₂O（g），
a．平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率將增大，故a正確；
b．再通入0.20mol H₂O（g）等效為開始通入1.6molCO、0.8mol水到達(dá)平衡后再移走0.4molCO，移走0.4molCO后的平衡與開始通入1.6molCO、0.8mol水到達(dá)平衡相比，平衡逆向移動，水的體積分?jǐn)?shù)增大，而開始通入1.6molCO、0.8mol水與原平衡為等效平衡，平衡時水的體積分?jǐn)?shù)相同，故向原平衡體系中再通入0.20mol H₂O（g）時，H₂O（g）的體積分?jǐn)?shù)將增大，故b正確；
c．混合氣體總質(zhì)量增大，容器的容積不變，密度增大，故c錯誤；
d．溫度不變，平衡常數(shù)不變，故d錯誤，
故選：ab．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素等，（2）中①注意對規(guī)律歸納總結(jié)，（2）中②b選項(xiàng)注意利用等效思想構(gòu)建平衡建立的途徑，難度中等．