Question

2．一定條件下，將等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O（g）充入1 L恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為0.10 mol．若平衡常數(shù)K=27，試計(jì)算（要求寫出計(jì)算過程，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）：
（1）初始加入容器的甲烷的物質(zhì)的量；
（2）CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率；
（3）若溫度不變時(shí)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(dòng)？

Answer 1

分析 （1）設(shè)初始加入容器的CH₄的物質(zhì)的量為x mol．
發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(jù)此計(jì)算出x即可；
（2）平衡時(shí)消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.1mol，則CH₄的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.1mol}{0.11mol}$×100%，據(jù)此可計(jì)算出甲烷的轉(zhuǎn)化率；
（3）加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 molCO時(shí)：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(dòng)．

解答 解：（1）設(shè)初始加入容器的CH₄的物質(zhì)的量為x mol．
發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始濃度/mol•L^-1      x       x         0      0
轉(zhuǎn)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(zhì)的量為0.11 mol；
（2）平衡時(shí)消耗甲烷的物質(zhì)的量為0.1mol，則CH₄的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.1mol}{0.11mol}$×100%≈91%，
答：CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率為91%；
（3）加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 molCO時(shí)：
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(dòng)，
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(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．