Question

15．甲烷蒸汽反应为CHCH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），工业上可利用此反应生产合成氨原料气H₂．
已知温度、压强和水碳比$（\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}）$ 对甲烷蒸汽转化反应的影响如图
（1）该反应平衡常数K表达式为$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$．
（2）升高温度，平衡常数K增大（选填“增大”、“减小”或“不变”，下同），降低反应的水碳比，平衡常数K不变．
（3）图2中，两条曲线表示温度的关系是：t₁＜t₂（选填“＞”“=”或“＜”），在图3中，当压强为2MPa时，CH₄平衡含量与水碳比之间关系曲线应该是（选填“a”或“b”）a．
（4）工业生产中使用镍作催化剂．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，其目的是防止催化剂中毒，失去催化效果．

Answer 1

分析 （1）平衡常数指产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值；
（2）根据图1分析，温度越高，甲烷越少，说明平衡正向移动；平衡常数仅与温度有关，据此分析；
（3）根据图1分析，温度越高，甲烷越少，图2分析，压强越高，甲烷越多，据此分析；
（4）工业生产中使用镍作催化剂．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，防止催化剂中毒，失去催化效果．

解答 解：（1）平衡常数指产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值，所以反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的平衡常数k=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$，故答案为：$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；
（2）根据图1分析，温度越高，甲烷越少，说明平衡正向移动，则升高温度，平衡常数K增大，又平衡常数仅与温度有关，所以降低反应的水碳比，平衡常数K不变，故答案为：增大；不变；
（3）根据图1分析，温度越高，甲烷越少，所以t₁＜t₂；图2分析，压强越高，甲烷越多，所以当压强为2MPa时，CH₄平衡含量与水碳比之间关系曲线应该是a；故答案为：＜；a；
（4）工业生产中使用镍作催化剂．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，防止催化剂中毒，失去催化效果，故答案为：防止催化剂中毒，失去催化效果．

点评 本题考查了平衡常数的表达式的书写以及影响因素，图象分析，平衡常数概念的分析应用是解题关键，题目难度中等．