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/℃ | 300 | 500 | 830 |
| 平衡常数K | 12 | 9 | 1 |
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.
| A. | 该反应为放热反应 | |
| B. | 该反应过程既有物质变化,又有能量变化 | |
| C. | 该反应生成物的总能量高于反应物的总能量 | |
| D. | 该反应每生成2molAB2吸收的热量为(a-b)kJ |
| A. | A2BC3 | B. | A4BC4 | C. | ABC4 | D. | A4B2C2 |
| A. | 硅是构成一些岩石和矿物的基本元素,单质硅是良好的半导体材料 | |
| B. | 水泥、玻璃、水晶饰物都硅酸盐制品 | |
| C. | 玻璃是氧化物,成分可表示为Na2O•CaO•6SiO2 | |
| D. | 硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂等的原料 |
| A. | 绿原酸有可能通过酯化反应人工合成 | |
| B. | 1mol绿原酸能与4molBr2发生加成反应 | |
| C. | 1mol绿原酸能与6molNa发生置换反应 | |
| D. | 绿原酸能与NaHCO3溶液发生反应放出CO2 |
| A. | 单质 | B. | 元素 | C. | 原子 | D. | 分子 |
| A. | C2=2C1 | B. | C2>2C1 | C. | C2<2C1 | D. | C1=2C2 |
| A. | H2O2既是氧化剂又是还原剂 | B. | H2O2是氧化剂 | ||
| C. | O2既是氧化产物又是还原产物 | D. | 该反应转移4mole- |
| A. | 外电路中电流由铜极流向锌极 | B. | 正极为电子流入的一极 | ||
| C. | 金属铜为负极 | D. | 发生还原反应的为正极 |