Question

使用石油热裂解的副产物CH₄来制取CO和H₂，其生产流程如下：
（1）此流程的第I步反应为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图1．则p1

p₂．（填“＜”、“＞”或“=”）    
100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O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=

 

．增大压强K值将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（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”），该反应的反应热△H

 

0（填“＜”、“=”“＞”）．
图2表示第II步反应在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：图2中t₂时刻发生改变的条件是

 

（写出一种）．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₁的CH₄转化率高，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动；依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度结合平衡常数概念计算得到，平衡常数随温度变化；
（2）分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应；在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，结合平衡移动原理分析．

解答： 解：（1）由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₁的CH₄转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P₁＜P₂；100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O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）   0.005   0.005     0.005   0.015
平衡量（mol/L）   0.005   0.015     0.005   0.015
平衡常数K=

c(CO)c3(H2)

c(CH4)c(H2O)

=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4（mol/L）²；
平衡常数随温度变化，不随压强改变，所以平衡常数不变；
故答案为：＜，2.25×10^-4，不变；
（2）分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0；CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），反应是气体体积不变的放热反应，在t₂时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，说明平衡正向进行，降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量均可以实现，
故答案为：放热，＜，降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量．

点评：本题考查了化学平衡的分析判断，图象分析方法，平衡常数的计算应用，平衡移动原理的理解和影响因素的分析是解题关键，题目难度中等．