题目内容

TDI、MDI等精细化工使用的H2可以通过天然气来制取,其生产流程如图1:

(1)此流程的第I步反应为:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),100℃时,将1molCH4和2molH2O(g)通入容积为100L的恒容密闭容器中,达到平衡时CH4的转化率为0.5.此时该反应的平衡常数K=______.
(2)此流程的第II步反应:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:
温度/℃400500830
平衡常数K1091
从上表可以推断:该反应是______反应(填“吸热”或“放热”).若该反应在500℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.020mol/L,反应达到平衡时,CO的转化率为______.如图2表示该反应在t1时刻达到平衡,在t2时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况,如图2中t2时刻发生改变的条件是______(写出一种).
(1)100℃时,将1molCH4和2molH2O通入容积为100L的恒容密闭容器中,达到平衡时CH4的转化率为0.5,
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)
起始量(mol/L) 0.01 0.02 0 0
变化量(mol/L) 0.0050.005 0.005 0.015
平衡量(mol/L) 0.005 0.015 0.005 0.015
化学平衡常数K=
c(CO).c3(H2)
c(CH4).c(H2O)
=
0.005×(0.015)3
0.005×0.015
=2.25×10-4 ,故答案为:2.25×10-4
(2)随着温度的升高,化学平衡常数减小,说明平衡向逆反应方向移动,则正反应是放热反应;
设CO的转化率为x,
CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)
起始0.02mol/L 0.02mol/L 00
反应0.02xmol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L0.02xmol/L
平衡0.02(1-x)mol/L0.02(1-x)mol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L
化学平衡常数K=
0.02x×0.02x
[0.02×(1-x)]2
=9,x=75%;
在t2时刻CO的浓度减小、CO2浓度增大,平衡向正反应方向移动,且CO和CO2浓度变化有接触点,所以可以通过改变降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现,
故答案为:放热;75%;降低温度或增加水蒸气的量或减少氢气的量.
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