Question

【题目】工业上可利用“甲烷蒸气转化法”生产氢气，反应的热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) △H=+161.1kJ·mol-1

（1）已知温度、压强对甲烷平衡时的体积分数的影响如图1，请回答：

①图1中a、b、c、d四条曲线中的两条代表压强分别为1MPa、2MPa时甲烷体积分数的曲线，其中表示1MPa的是_____。

②该反应的平衡常数：K(600℃)___（填“＞”“＜”或“=”）K(700℃)。

（2）①已知：在700℃、1MPa时，1molCH4与1molH2O在1L的密闭容器中反应，6min时达到平衡（如图2），此时CH4的转化率为__，该温度下反应的平衡常数为____（结果保留小数点后一位数字）。

②从图2分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是____（填“向正反应方向”或“向逆反应方向”）移动，采取的措施可能是____。

Answer 1

【答案】a ＜ 80% 276.5 向逆反应方向 将容器体积缩小为原来的1/2或加入原平衡等量的氢气

【解析】

(1)根据外界条件对平衡状态的影响分析；

(2)①结合图像和三段式计算CH4的转化率和该温度下反应的平衡常数；

②根据压强对平衡状态的影响分析解答。

(1)①由CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+161.1kJ/mol可知，随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，甲烷的平衡含量会逐渐减小，因此排除曲线c、d，又因增大压强，平衡逆向移动，甲烷的平衡含量增大，故1Mpa是曲线a，2Mpa的是曲线b；

②由CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+161.1kJ/mol可知，随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，因此该反应的平衡常数：600℃时小于700℃；

(2)① CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)

起始(mol/L)：1 1 0 0

变化(mol/L)：0.8 0.8 0.8 2.4

平衡(mol/L)：0.2 0.2 0.8 2.4

此时CH4的转化率为×100%=80%；

该温度下反应的平衡常数K==276.5mol2L-2；

②由图2可知，在7min时，氢气的浓度增大了一倍，可能是缩小体积为原来的或增加了等量的氢气，无论是增大压强，还是增大氢气的浓度，平衡均是逆向移动。