题目内容

【题目】合成氨工业中氢气可由天然气和水蒸汽反应制备,其主要反应为:

CH4+ 2H2OCO2+4H2,已知:

CH4g+2O2g)=CO2g+2H2Ol △H=-890kJ/mol

2H2g+O2g)=2H2Ol △H=-571.6kJ/mol

H2Og)=H2Ol △H=-44kJ/mol

1)写出由天然气和水蒸汽反应制备H2的热化学方程式:____________

2)某温度下,10L密闭容器中充入2mol CH43mol H2Og),发生CH4g+ 2H2OgCO2g+4H2g)反应,过一段时间反应达平衡,平衡时容器的压强是起始时的1.4倍。

平衡时,CH4的转化率为__________H2的浓度为_________,反应共放出或吸收热量_______kJ

升高平衡体系的温度,混合气体的平均相对分子质量___________,密度_________。(填变大”“变小不变)。

当达到平衡时,充入氩气,并保持压强不变,平衡将___________(填正向”“逆向)移动。

若保持恒温,将容器压缩为5L(各物质仍均为气态),平衡将________(填正向”“逆向)移动。达到新平衡后,容器内H2浓度范围为__________

【答案】CH4g+ 2H2OgCO2g+4H2g △H=+165.2kJ/mol 50% 0.4mol/L 165.2 变小 不变 正向 逆向 0.4mol/LcH2)<0.8mol/L

【解析】

1)已知:①CH4g+2O2g)=CO2g+2H2Ol H-890kJ/mol,②2H2g+O2g)=2H2Ol△H-571.6kJ/mol,③H2Og)=H2Ol △H-44kJ/mol,则根据盖斯定律可知①-②×2+③即得到天然气和水蒸汽反应制备H2的热化学方程式CH4g+ 2H2OgCO2g+4H2g △H+165.2kJ/mol

2 CH4g+ 2H2OgCO2g+4H2g

起始量(mol2 3 0 0

转化量(molx 2x x 4x

平衡量(mol2-x 32x x 4x

2-x+32x+x+4x5×1.4,解得x1

①平衡时,CH4的转化率为×100%=50%H2的浓度为4mol÷10L0.4mol/L,反应共吸收热量1mol×165.2kJ/mol165.2kJ

②正方应是吸热反应,升高体系的温度平衡向正反应方向进行,气体的物质的量增加,则混合气体的平均相对分子质量变小,容积不变,密度不变;

③当达到平衡时充入氩气,并保持压强不变,则容积增大,相当于减小压强,所以平衡将正向移动;

④保持恒温,将容器压缩为5L(各物质仍均为气态),增大压强,平衡将逆向移动,根据勒夏特列原理可知达到新平衡后,容器内H2浓度范围为0.4mol/LcH2)<0.8mol/L

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