Question

TDI、MDI等精細化工使用的H₂可以通過天然氣來制取，其生產(chǎn)流程如圖1：

（1）此流程的第I步反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O（g）通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5．此時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（2）此流程的第II步反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：

溫度/℃	400	500	830
平衡常數(shù)K	10	9	1

從上表可以推斷：該反應(yīng)是

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．若該反應(yīng)在500℃時進行，設(shè)起始時CO和H₂O的濃度均為0.020mol/L，反應(yīng)達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．如圖2表示該反應(yīng)在t₁時刻達到平衡，在t₂時刻因改變某個條件引起濃度變化的情況，如圖2中t₂時刻發(fā)生改變的條件是

 

（寫出一種）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O（g）通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則轉(zhuǎn)化的n（CH₄）=1mol×0.5=0.5mol，平衡時c（CH₄）=

1mol×(1-0.5)

100L

=0.005mol/L，c（H₂O）=

2mol-0.5mol

100L

=0.015mol/L，c（CO）=

1mol×0.5

100L

=0.005mol/L，C（H₂）=

1mol×0.5×3

100L

=0.015mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；
（2）升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)溫度與化學(xué)平衡常數(shù)關(guān)系確定反應(yīng)熱；
根據(jù)化學(xué)平衡計算計算CO的轉(zhuǎn)化率；在t₂時刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，可以通過改變溫度、改變水蒸氣或氫氣的量實現(xiàn)．

解答： 解：（1）100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，
                  CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）    0.01    0.02       0      0
變化量（mol/L）   0.005   0.005     0.005   0.015
平衡量（mol/L）   0.005   0.015     0.005   0.015
化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

=2.25×10^-4 ，故答案為：2.25×10^-4 ；
（2）隨著溫度的升高，化學(xué)平衡常數(shù)減小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為x，
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始0.02mol/L 0.02mol/L 0 0
反應(yīng)0.02xmol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L
平衡0.02（1-x）mol/L0.02（1-x）mol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L
化學(xué)平衡常數(shù)K=

0.02x×0.02x

[0.02×(1-x)]2

=9，x=75%；
在t₂時刻CO的濃度減小、CO₂濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，且CO和CO₂濃度變化有接觸點，所以可以通過改變降低溫度、增大水蒸氣的量或減少氫氣的量實現(xiàn)，
故答案為：放熱；75%；降低溫度或增加水蒸氣的量或減少氫氣的量．

點評：本題考查了化學(xué)平衡移動原理，明確化學(xué)平衡常數(shù)的含義結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)公式進行有關(guān)計算，靈活運用三段式法進行解答，會分析圖象中曲線變化特點，題目難度中等．