题目内容

7．某科研单位利用石油裂解的副产物CH4来制取CO和H2，其生产流程如图1：
（1）该流程第Ⅰ步反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g），一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图2．则P1＜P2．（填“＜”、“＞”或“=”）．该反应的平衡常数的表达式K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$．
（2）此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如表：
温度/℃300500830
平衡常数K1291
①从上表分析推断，该反应是△H＜0（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在500℃时，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.010mol/L-1，在该条件下，反应达到平衡时，CO的转化率为75%．
③如图3表示该反应在t1时刻达到平衡，在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况：图中t2时刻发生改变的条件可能是降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量（写出两种）． 

分析 （1）采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动；平衡常数是平衡状态时生成物浓度幂之积比上反应浓度幂之积，固体和纯液体不代入表达式；
（2）分析图1可知第Ⅱ发生反应为：CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应；在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，结合平衡移动原理分析．

解答 解：（1）由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P1＜P2；平衡常数K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$，故答案为：＜；$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$；
（2）①分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
②设一氧化碳浓度的变化为x，则              
                 CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
初起量（mol/L-1）：0.010    0.010     0       0
变化量（mol/L-1）：x        x       x       x
平衡量（mol/L-1）：0.01-x   0.01-x    x       x
在500℃时达平衡，$\frac{{x}^{2}}{（0.01-x）^{2}}=9$，解之得：x=$\frac{0.03}{4}$，所以CO的转化率为$\frac{\frac{0.03}{4}}{0.01}×100%$=75%，故答案为：75%；
③反应是气体体积不变的放热反应，在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，说明平衡正向进行，降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量均可以实现，
故答案为：降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量．

点评 本题考查了化学平衡的分析判断，图象分析方法，平衡常数的计算应用，平衡移动原理的理解和影响因素的分析是解题关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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