Question

美國Bay等工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物甲烷來制取氫氣，其生產(chǎn)流程如圖1：
（1）此流程的第Ⅱ步反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

；反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化如表一，

溫度/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

從上表可以推斷：此反應(yīng)是

放

 （填“吸”、“放”）熱反應(yīng)．在830℃下，若開始時向恒容密閉容器中充入CO與H_zO均為1mol，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為

50%

．
（2）此流程的第Ⅱ步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，以表二的物質(zhì)的量（單位為mol）投入恒容反應(yīng)器發(fā)生上述反應(yīng)，其中反應(yīng)開始時，向正反應(yīng)方向進(jìn)行的有

B

（填實(shí)驗(yàn)編號）；

實(shí)驗(yàn)編號	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一個不傳熱的固定容積的容器中，判斷此流程的第Ⅱ步反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是

④⑤⑥

①體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化     ②混合氣體的密度不變    ③混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變   ④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變    ⑤體系的溫度不再發(fā)生變化     ⑥v_正（CO₂）=v_逆（H₂O）
（4）圖2表示該反應(yīng)此流程的第Ⅱ步反應(yīng)在時刻t₁達(dá)到平衡、在時刻t₂分別因改變某個條件而發(fā)生變化的情況：圖中時刻t₂發(fā)生改變的條件是

降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量

．（寫出兩種）
（5）若400℃時，第Ⅱ步反應(yīng)生成1mol氫氣的熱量數(shù)值為33.2（單位為kJ），第Ⅰ步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol^-1．
則400℃時，甲烷和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式為

CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由表格中的數(shù)據(jù)可知，溫度越大，K越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，利用830℃下K計算CO的轉(zhuǎn)化率；
（2）利用Q與K的關(guān)系可知，Q＜K時反應(yīng)向正反應(yīng)反應(yīng)移動；
（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量來分析；
（4）t₂時二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應(yīng)正向移動，以此分析；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知，①+②得到CH₄（g）2+H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）．

解答：解：（1）K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K為

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

，由表格中的數(shù)據(jù)可知，溫度越大，K越小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
830℃，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始     1      1         0      0
轉(zhuǎn)化     x      x        x        x
平衡    1-x     1-x      x        x
K=

x×x

(1-x)(1-x)

=1，解得x=0.5，則CO的轉(zhuǎn)化率為

0.5

1

×100%=50%，
故答案為：

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

；放；50%；
（2）A．Q=

2×3

1×5

=1.2＞K=1，則向你反應(yīng)方向移動，故A不選；
B．Q=

1×1

2×2

=0.25＜K=1，則反應(yīng)向正反應(yīng)反應(yīng)移動，故B選；
C．Q=

1×1

0.5×2

=K，平衡不移動，故C不選；
故答案為：B；
（3）①該反應(yīng)的壓強(qiáng)始終不變，則體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，不能判斷平衡，故不選；
②固定容積，質(zhì)量、體積始終不變，則混合氣體的密度不變，不能判斷平衡，故不選；    
③混合氣體的總質(zhì)量、總物質(zhì)的量始終不變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，不能判斷平衡，故不選；
④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變，為平衡的特征，能判斷平衡，故選；
⑤體系的溫度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡，故選；
⑥v_正（CO₂）=v_逆（H₂O），則水的正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡，故選；
故答案為：④⑤⑥；
（4）t₂時二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應(yīng)正向移動，則改變的條件為降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量，
故答案為：降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知，①+②得到CH₄（g）2+H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ?mol^-1．

點(diǎn)評：本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡的計算、平衡的判定、熱化學(xué)反應(yīng)方程式等，注重高考常考查點(diǎn)的考查，注意習(xí)題中的數(shù)據(jù)和圖象的分析，題目難度中等．