Question

6．利用天然气可制得以H₂、CO等为主要组成的工业原料合成气，反应为CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
（1）甲烷与水蒸气反应，被氧化的元素是C，当生成标准状况下35.84L合成气时转移电子的物质的量是2.4mol．
（2）将2mol CH₄和5mol H₂O（g）通入容积为100L的反应室，CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．
①若达到A点所需的时间为5min，则v（H₂）=0.006mol•L^-1•min^-1，100℃时平衡常数K=6.75×10^-4 mol²•L^-2．
②图中的p₁＜p₂（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系是K_C＞K_B＞K_A．
（3）合成气用于合成氨气时需除去CO，发生反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0．
下列措施中能使$\frac{n（C{O}_{2}）}{n（{H}_{2}O）}$增大的是AC（填编号）．
A．降低温度
B．恒温恒容下充入He（g）
C．将H₂从体系中分离
D．再通入一定量的水蒸气．

Answer 1

分析 （1）该反应中C元素化合价由-4价变为+2价、H元素化合价由+1价变为0价，失电子化合价升高的元素被氧化；当生成标准状况下35.84L合成气时，生成n（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}×\frac{1}{4}$=0.4mol，根据C元素化合价变化确定转移电子的物质的量；
（2）①根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算甲烷的反应速率，再根据同一可逆反应、同一时间段内个物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率；
化学平衡常数K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$；
②相同其它条件下，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化为减小；化学平衡常数只与温度有关，升高温度，甲烷的转化率增大，则正反应是吸热反应，温度越高，化学平衡常数越大；
（3）能使$\frac{{n（C{O_2}）}}{{n（{H_2}O）}}$增大，该反应应该向正反应方向移动但不能通过增大水蒸气的物质的量实现．

解答 解：（1）该反应中C元素化合价由-4价变为+2价、H元素化合价由+1价变为0价，失电子化合价升高的元素被氧化，所以C元素被氧化；当生成标准状况下35.84L合成气时，生成n（CO）=$\frac{35.84L}{22.4L/mol}×\frac{1}{4}$=0.4mol，则转移电子的物质的量=0.4mol×[2-（-4）]=2.4mol，
故答案为：C（碳）；2.4mol；
（2）①甲烷的反应速率=$\frac{\frac{2mol×0.5}{100L}}{5min}$=0.002mol/（L．min），同一可逆反应、同一时间段内个物质的反应速率之比等于其计量数之比，则氢气的反应速率=3×0.002mol/（L．min）=0.006mol/（L．min）；
100℃时，c（CH₄）=$\frac{2mol×（1-0.5）}{100L}$=0.01mol/L，c（H₂O）=$\frac{5mol-2mol×（1-0.5）}{100L}$=0.04mol/L，
c（CO）=$\frac{2mol×0.5}{100L}$=0.01mol/L，c（H₂）=3c（CO）=0.03mol/L，化学平衡常数K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.01×（0.03）^{3}}{0.01×0.04}$=6.75×10^-4，
故答案为：0.006mol•L^-1•min^-1；6.75×10^-4 mol²•L^-2；
②根据图象知，增大压强，平衡向逆反应方向移动，则甲烷的转化率降低，所以P₁＜P₂；
升高温度，甲烷的转化为增大，说明正反应是吸热反应，温度越高，平衡常数越大，所以K_C＞K_B＞K_A，
故答案为：＜；K_C＞K_B＞K_A；
（3）A．降低温度，平衡向正反应方向移动，则$\frac{{n（C{O_2}）}}{{n（{H_2}O）}}$增大，故A正确；  
B．恒温恒容下充入He（g），反应物和生成物浓度不变，则平衡不一定，则 $\frac{{n（C{O_2}）}}{{n（{H_2}O）}}$不变，故B错误； 
C．将H₂从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则$\frac{{n（C{O_2}）}}{{n（{H_2}O）}}$增大，故C正确；  
D．再通入一定量的水蒸气，平衡向正反应方向移动，但水转化的物理量远远小于加入的物理量，所以$\frac{{n（C{O_2}）}}{{n（{H_2}O）}}$减小，故D错误；
故答案为：AC．

点评 本题考查综合考查化学平衡的计算，为高考常见题型，题目涉及转化率与温度和压强的关系、化学平衡移动的影响因素、盐类水解等知识点，会根据图象中温度、压强温度反应热、平衡移动方向，注意化学平衡常数只与温度有关，注意（3）中BD选项，如果恒压条件下充入He，则平衡会发生移动，但恒容条件下通入He，则平衡不移动，为易错点．