Question

9．某工厂使用石油热裂解的副产物CH₄来制取H₂，其生产流程如图1所示：

（1）第II步反应为CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0，其平衡常数随温度的变化如下：

温度T/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1	0.6

在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H₂O均为1mo1，则达到平衡后CO的转化率为50%．
（2）第II步反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，向恒容反应器中加入下列物质发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有B（填实验编号）．

实验编号	n（CO）/mol	n（H2O）/mol	n（H2）/mol	n（CO2）/mol
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一个不传热的恒容容器中，判断第II步反应达平衡的标志是③④（填序号）．
①体系的压强不再变化      ②混合气体的平均相对分子质量不再变化
③体系中各物质的浓度不再改变   ④体系的温度不再变化
⑤混合气体的密度不再变化
（4）图2表示此流程的第II步反应在t₁时刻达到平衡，在t₂时刻因改变某个条件而发生变化的情况．则图中t₂时刻发生改变的条件是降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量（只写2种）．
（5）若400℃时，第Ⅱ步反应生成l molH₂放出的热量为 33.2kJ，第Ⅰ步反应的热化学方程式为 CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=-103.3kJ•mol^-1．
则400℃时，CH₄和水蒸气反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依据化学平衡三段式列式计算，设一氧化碳消耗物质的量为x，
830℃，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始     1      1         0      0
转化     x      x        x        x
平衡    1-x     1-x      x        x
利用830℃下K计算CO的转化率；
（2）利用Q与K的关系可知，Q＜K时反应向正反应反应移动；
（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量来分析；
（4）t₂时二氧化碳的浓度增大，而CO的浓度减小，该反应正向移动，以此分析；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，①+②得到CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）．

解答 解：（1）设一氧化碳消耗物质的量为x，
830℃，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始     1      1         0      0
转化     x      x        x        x
平衡    1-x     1-x      x        x
K=$\frac{x×x}{（1-x）（1-x）}$=1，解得x=0.5，
则CO的转化率为$\frac{0.5mol}{1mol}$×100%=50%，
故答案为：50%；
（2）A．Q=$\frac{2×3}{1×5}$=1.2＞K=1，则向你反应方向移动，故A不选；
B．Q=$\frac{1×1}{2×2}$=0.25＜K=1，则反应向正反应反应移动，故B选；
C．Q=$\frac{1×1}{0.5×2}$=K，平衡不移动，故C不选；
故答案为：B；
（3）①该反应的压强始终不变，则体系的压强不再发生变化，不能判断平衡，故①不选；
②混合气体的总质量、总物质的量始终不变，则混合气体的平均相对分子质量不变，不能判断平衡，故②不选；
③各组分的物质的量浓度不再改变，为平衡的特征，能判断平衡，故③选；
④体系的温度不再发生变化，反应达到平衡，故④选；
⑤固定容积，质量、体积始终不变，则混合气体的密度不变，不能判断平衡，故⑤不选；    
故答案为：③④；
（4）t₂时二氧化碳的浓度增大，而CO的浓度减小，该反应正向移动，则改变的条件为降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量，
故答案为：降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，①+②得到CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ•mol^-1．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡的计算、平衡的判定、热化学反应方程式等，注重高考常考查点的考查，注意习题中的数据和图象的分析，题目难度中等．