Question

【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：

CH4（g）+2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（l） △H=-890kJ/mol

2H2（g）+O2（g）＝2H2O（l） △H=-571.6kJ/mol

H2O（g）＝H2O（l） △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 CH4和3mol H2O（g），发生CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）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。

则①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。

②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”或“不变”）。

③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”或“不”）移动。

④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”或“不”）移动。达到新平衡后,容器内H2浓度范围为__________。

Answer 1

【答案】CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g） △H=+165.2kJ/mol 50% 0.4mol/L 165.2 变小 不变 正向 逆向 0.4mol/L＜c（H2）＜0.8mol/L

【解析】

（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（l） △H＝-890kJ/mol，②2H2（g）+O2（g）＝2H2O（l）△H＝-571.6kJ/mol，③H2O（g）＝H2O（l） △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CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g） △H＝+165.2kJ/mol；

（2） CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）

起始量（mol）2 3 0 0

转化量（mol）x 2x x 4x

平衡量（mol）2-x 3－2x x 4x

则2-x+3－2x+x+4x＝5×1.4，解得x＝1；

①平衡时，CH4的转化率为×100%=50%，H2的浓度为4mol÷10L＝0.4mol/L，反应共吸收热量1mol×165.2kJ/mol＝165.2kJ；

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/L＜c（H2）＜0.8mol/L。