Question

TDI、MDI等精细化工使用的H₂可以通过天然气来制取，其生产流程如图1：

（1）此流程的第I步反应为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），100℃时，将1molCH₄和2molH₂O（g）通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH₄的转化率为0.5．此时该反应的平衡常数K=______．
（2）此流程的第II步反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	830
平衡常数K	10	9	1

从上表可以推断：该反应是______反应（填“吸热”或“放热”）．若该反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020mol/L，反应达到平衡时，CO的转化率为______．如图2表示该反应在t₁时刻达到平衡，在t₂时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况，如图2中t₂时刻发生改变的条件是______（写出一种）．

Answer 1

（1）100℃时，将1molCH₄和2molH₂O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH₄的转化率为0.5，
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 0.01 0.02 0 0
变化量（mol/L） 0.0050.005 0.005 0.015
平衡量（mol/L） 0.005 0.015 0.005 0.015
化学平衡常数K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

=2.25×10^-4 ，故答案为：2.25×10^-4 ；
（2）随着温度的升高，化学平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应；
设CO的转化率为x，
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始0.02mol/L 0.02mol/L 00
反应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
化学平衡常数K=

0.02x×0.02x

[0.02×(1-x)]2

=9，x=75%；
在t₂时刻CO的浓度减小、CO₂浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO₂浓度变化有接触点，所以可以通过改变降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现，
故答案为：放热；75%；降低温度或增加水蒸气的量或减少氢气的量．