Question

TDI、MDI等精細化工使用的H₂可以通過天然氣來制取，其生產流程如圖1：

（1）此流程的第I步反應為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），100℃時，將1molCH₄和2molH₂O（g）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K=______．
（2）此流程的第II步反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數K	10	9	1

從上表可以推斷：該反應是______反應（填“吸熱”或“放熱”）．若該反應在500℃時進行，設起始時CO和H₂O的濃度均為0.020mol/L，反應達到平衡時，CO的轉化率為______．如圖2表示該反應在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，如圖2中t₂時刻發生改變的條件是______（寫出一種）．

Answer 1

（1）100℃時，將1molCH₄和2molH₂O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） 0.0050.005 0.005 0.015
平衡量（mol/L） 0.005 0.015 0.005 0.015
化學平衡常數K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

=2.25×10^-4 ，故答案為：2.25×10^-4 ；
（2）隨著溫度的升高，化學平衡常數減小，說明平衡向逆反應方向移動，則正反應是放熱反應；
設CO的轉化率為x，
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始0.02mol/L 0.02mol/L 00
反應0.02xmol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L0.02xmol/L
平衡0.02（1-x）mol/L0.02（1-x）mol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L
化學平衡常數K=

0.02x×0.02x

[0.02×(1-x)]2

=9，x=75%；
在t₂時刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應方向移動，且CO和CO₂濃度變化有接觸點，所以可以通過改變降低溫度、增大水蒸氣的量或減少氫氣的量實現，
故答案為：放熱；75%；降低溫度或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量．