Question

2．一定條件下，將等物質的量的CH₄和H₂O（g）充入1 L恒容密閉容器中，發(fā)生反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），達到平衡時測得CO的物質的量為0.10 mol．若平衡常數(shù)K=27，試計算（要求寫出計算過程，計算結果保留兩位有效數(shù)字）：
（1）初始加入容器的甲烷的物質的量；
（2）CH₄的平衡轉化率；
（3）若溫度不變時再向上述平衡混合物中加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 mol CO，平衡是否移動？

Answer 1

分析 （1）設初始加入容器的CH₄的物質的量為x mol．
發(fā)生反應的化學方程式：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始濃度/mol•L^-1      x       x         0      0
平衡濃度/mol•L^-1    x-0.1   x-0.1      0.1    0.3  
K=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.1×0.33}{（x-0.1）2}$=27，
整理可得：$\frac{0.01}{（x-0.1）}$=1，據此計算出x即可；
（2）平衡時消耗甲烷的物質的量為0.1mol，則CH₄的轉化率=$\frac{0.1mol}{0.11mol}$×100%，據此可計算出甲烷的轉化率；
（3）加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 molCO時：Q_c=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.2×0.33}{0.01×0.02}$=27=K，則平衡不移動．

解答 解：（1）設初始加入容器的CH₄的物質的量為x mol．
發(fā)生反應的化學方程式：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始濃度/mol•L^-1      x       x         0      0
轉化濃度/mol•L^-1    0.1     0.1        0.1    0.3
平衡濃度/mol•L^-1    x-0.1   x-0.1      0.1    0.3  
K=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.1×0.33}{（x-0.1）2}$=27，
整理可得：$\frac{0.01}{（x-0.1）}$=1，
解得：x=0.11，
答：初始加入容器的CH₄的物質的量為0.11 mol；
（2）平衡時消耗甲烷的物質的量為0.1mol，則CH₄的轉化率=$\frac{0.1mol}{0.11mol}$×100%≈91%，
答：CH₄的平衡轉化率為91%；
（3）加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 molCO時：
Q_c=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.2×0.33}{0.01×0.02}$=27=K，
所以平衡不移動，
答：再向上述平衡混合物中加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 mol CO，平衡不移動．

點評 本題考查了化學平衡的計算，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握三段式在化學平衡計算中的應用方法，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．