Question

工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
已知温度、压强和水碳比[

n(H2O)

n(CH4)

]）]对甲烷平衡含量（%）的影响如图1：
（1）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．的△H

 

0 （填“＞”或“＜”）；若在恒温、恒压时，向该平
衡体系中通入氦气平衡将

 

移动（填“向正应方向”、“向逆反应方向”或“不”）．
（2）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是

 

．
（3）其他条件不变，请在图2中画出压强为2MPa时，甲烷平衡含量（%）与水碳比之间关系曲线．（只要求画出大致的变化曲线）
（4）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在2L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，求这6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字．）

Answer 1

考点：化学平衡的计算

专题：

分析：（1）从图1看出温度升高，甲烷的含量降低，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向吸热方向移动，故正反应为吸热反应；
（2）根据图象中可以看出升高温度，反应速率加快，甲烷的百分含量减小，平衡向正反应方向移动；
（3）根据压强不变时，甲烷的百分含量随水碳比增大而减小来画出曲线；
（4）利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，再根据v=

△c

△t

计算v（H₂），代入平衡常数表达式K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

计算其平衡常数．

解答： 解：（1）从图1看出温度升高，甲烷的含量降低，正反应为吸热反应，反应热△H＞0；
若在恒温恒压时，向该平衡体系中通入氦气，使容器体积变大，平衡向气体体积增大的方向移动，即向正反应方向移动；
故答案为：＞；向正反应方向；
（2）由图象可知，其他条件不变，升高温度，反应速率加快，甲烷的百分含量减小，平衡向正反应方向移动，
故答案为：其他条件不变，升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动；
（3）其他条件不变，压强为2MPa时，CH₄平衡含量随水碳比的增大而减小，其关系曲线为；
故答案为：；
（4）根据化学平衡三段式计算 CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始浓度（mol/L）：0.5    0.5            0      0
变化浓度（mol/L）：0.4     0.4           0.4     1.2
平衡浓度（mol/L）：0.1     0.1           0.4     1.2
v（H₂）=

△c(H2)

△t

=

1.2mol/L

6min

=0.2mol?L^-1?min^-1；
平衡常数K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

=

0.4×1．23

0.1×0.1

=69.1．
答：6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数分别为0.2mol?L^-1?min^-1、69.1．

点评：本题比较综合，涉及反应热计算、化学平衡图象及影响因素、反应速率与平衡常数计算等，是对基础知识的应用，注意掌握盖斯定律计算反应热，难度中等．