Question

2．一定条件下，将等物质的量的CH₄和H₂O（g）充入1 L恒容密闭容器中，发生反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），达到平衡时测得CO的物质的量为0.10 mol．若平衡常数K=27，试计算（要求写出计算过程，计算结果保留两位有效数字）：
（1）初始加入容器的甲烷的物质的量；
（2）CH₄的平衡转化率；
（3）若温度不变时再向上述平衡混合物中加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 mol CO，平衡是否移动？

Answer 1

分析 （1）设初始加入容器的CH₄的物质的量为x mol．
发生反应的化学方程式：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始浓度/mol•L^-1      x       x         0      0
平衡浓度/mol•L^-1    x-0.1   x-0.1      0.1    0.3  
K=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.1×0.33}{（x-0.1）2}$=27，
整理可得：$\frac{0.01}{（x-0.1）}$=1，据此计算出x即可；
（2）平衡时消耗甲烷的物质的量为0.1mol，则CH₄的转化率=$\frac{0.1mol}{0.11mol}$×100%，据此可计算出甲烷的转化率；
（3）加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 molCO时：Q_c=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.2×0.33}{0.01×0.02}$=27=K，则平衡不移动．

解答 解：（1）设初始加入容器的CH₄的物质的量为x mol．
发生反应的化学方程式：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始浓度/mol•L^-1      x       x         0      0
转化浓度/mol•L^-1    0.1     0.1        0.1    0.3
平衡浓度/mol•L^-1    x-0.1   x-0.1      0.1    0.3  
K=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.1×0.33}{（x-0.1）2}$=27，
整理可得：$\frac{0.01}{（x-0.1）}$=1，
解得：x=0.11，
答：初始加入容器的CH₄的物质的量为0.11 mol；
（2）平衡时消耗甲烷的物质的量为0.1mol，则CH₄的转化率=$\frac{0.1mol}{0.11mol}$×100%≈91%，
答：CH₄的平衡转化率为91%；
（3）加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 molCO时：
Q_c=$\frac{c（CO）•c3（H2）}{c（CH4）•c（H2O）}$=$\frac{0.2×0.33}{0.01×0.02}$=27=K，
所以平衡不移动，
答：再向上述平衡混合物中加入0.01 mol H₂O（g）和0.1 mol CO，平衡不移动．

点评 本题考查了化学平衡的计算，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．