Question

15．甲烷蒸汽反應(yīng)為CHCH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），工業(yè)上可利用此反應(yīng)生產(chǎn)合成氨原料氣H₂．
已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比$（\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}）$ 對(duì)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響如圖
（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)K表達(dá)式為$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$．
（2）升高溫度，平衡常數(shù)K增大（選填“增大”、“減小”或“不變”，下同），降低反應(yīng)的水碳比，平衡常數(shù)K不變．
（3）圖2中，兩條曲線表示溫度的關(guān)系是：t₁＜t₂（選填“＞”“=”或“＜”），在圖3中，當(dāng)壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，CH₄平衡含量與水碳比之間關(guān)系曲線應(yīng)該是（選填“a”或“b”）a．
（4）工業(yè)生產(chǎn)中使用鎳作催化劑．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，其目的是防止催化劑中毒，失去催化效果．

Answer 1

分析 （1）平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）根據(jù)圖1分析，溫度越高，甲烷越少，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)圖1分析，溫度越高，甲烷越少，圖2分析，壓強(qiáng)越高，甲烷越多，據(jù)此分析；
（4）工業(yè)生產(chǎn)中使用鎳作催化劑．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，防止催化劑中毒，失去催化效果．

解答 解：（1）平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，所以反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)k=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；
（2）根據(jù)圖1分析，溫度越高，甲烷越少，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，則升高溫度，平衡常數(shù)K增大，又平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，所以降低反應(yīng)的水碳比，平衡常數(shù)K不變，故答案為：增大；不變；
（3）根據(jù)圖1分析，溫度越高，甲烷越少，所以t₁＜t₂；圖2分析，壓強(qiáng)越高，甲烷越多，所以當(dāng)壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，CH₄平衡含量與水碳比之間關(guān)系曲線應(yīng)該是a；故答案為：＜；a；
（4）工業(yè)生產(chǎn)中使用鎳作催化劑．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，防止催化劑中毒，失去催化效果，故答案為：防止催化劑中毒，失去催化效果．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了平衡常數(shù)的表達(dá)式的書寫以及影響因素，圖象分析，平衡常數(shù)概念的分析應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．