Question

【題目】合成氨工業(yè)中氫氣可由天然氣和水蒸汽反應(yīng)制備，其主要反應(yīng)為：

CH4+ 2H2OCO2+4H2，已知：

CH4（g）+2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（l） △H=-890kJ/mol

2H2（g）+O2（g）＝2H2O（l） △H=-571.6kJ/mol

H2O（g）＝H2O（l） △H=-44kJ/mol

（1）寫出由天然氣和水蒸汽反應(yīng)制備H2的熱化學(xué)方程式：____________。

（2）某溫度下，10L密閉容器中充入2mol CH4和3mol H2O（g），發(fā)生CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）反應(yīng)，過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)達(dá)平衡，平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)是起始時(shí)的1.4倍。

則①平衡時(shí)，CH4的轉(zhuǎn)化率為__________，H2的濃度為_________，反應(yīng)共放出或吸收熱量_______kJ。

②升高平衡體系的溫度,混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量___________,密度_________。（填“變大”“變小”或“不變”）。

③當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),充入氬氣,并保持壓強(qiáng)不變,平衡將___________（填“正向”“逆向”或“不”）移動(dòng)。

④若保持恒溫，將容器壓縮為5L（各物質(zhì)仍均為氣態(tài)），平衡將________（填“正向”“逆向”或“不”）移動(dòng)。達(dá)到新平衡后,容器內(nèi)H2濃度范圍為__________。

Answer 1

【答案】CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g） △H=+165.2kJ/mol 50% 0.4mol/L 165.2 變小 不變 正向 逆向 0.4mol/L＜c（H2）＜0.8mol/L

【解析】

（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（l） △H＝-890kJ/mol，②2H2（g）+O2（g）＝2H2O（l）△H＝-571.6kJ/mol，③H2O（g）＝H2O（l） △H＝-44kJ/mol，則根據(jù)蓋斯定律可知①－②×2＋③即得到天然氣和水蒸汽反應(yīng)制備H2的熱化學(xué)方程式CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g） △H＝+165.2kJ/mol；

（2） CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）

起始量（mol）2 3 0 0

轉(zhuǎn)化量（mol）x 2x x 4x

平衡量（mol）2-x 3－2x x 4x

則2-x+3－2x+x+4x＝5×1.4，解得x＝1；

①平衡時(shí)，CH4的轉(zhuǎn)化率為×100%=50%，H2的濃度為4mol÷10L＝0.4mol/L，反應(yīng)共吸收熱量1mol×165.2kJ/mol＝165.2kJ；

②正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高體系的溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量增加，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量變小，容積不變，密度不變；

③當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)充入氬氣，并保持壓強(qiáng)不變，則容積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，所以平衡將正向移動(dòng)；

④保持恒溫，將容器壓縮為5L（各物質(zhì)仍均為氣態(tài)），增大壓強(qiáng)，平衡將逆向移動(dòng)，根據(jù)勒夏特列原理可知達(dá)到新平衡后，容器內(nèi)H2濃度范圍為0.4mol/L＜c（H2）＜0.8mol/L。