Question

15．甲烷的传统转化利用，第一步制取合成气（CO、H₂），第二步用合成气制取甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等．
（1）某温度下，将1mol CH₄和1mol H₂O（g）充入容积为 0.5L的密闭容器中，发生如下反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂ （g）△H=+206.4kJ•mol^-1当反应达到平衡时，测得其平衡常数K=27．
①如果其它条件不变，升高温度，CH₄的平衡常数增大（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②已知甲烷、乙烯、氢气燃烧的热化学方程式分别如下：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-890.3kJ•mol^-1
C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-1 306.4kJ•mol^-1
2H₂ （g）+O₂ （g）═2H₂O （ l ）△H=-571.6kJ•mol^-1
则2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂ （g）的△H=97.4KJ/mol．
（2）CH₄的平衡转化率=50%．

Answer 1

分析 （1）①对于吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动；
②2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g）可看作是①×2-②-③得到的，根据盖斯定律来计算反应的焓变；
（2）据平衡常数可计算得平衡时各物质的浓度，再根据转化率=$\frac{转化浓度}{起始浓度}$×100%计算．

解答 解：（1）①该反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，所以平衡常数增大，故答案为：增大；
②由①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-890.3kJ•mol^-1
②C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-1 306.4kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （ l ）△H=-571.6  kJ•mol^-1
则2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g）可看作是①×2-②-③得到的，
所以根据盖斯定律，反应的△H=-890.3kJ•mol^-1×2+1 306.4kJ•mol^-1+571.6  kJ•mol^-1=+97.4 kJ•mol^-1，
故答案为：+97.4 kJ•mol^-1；
（2）设甲烷转化的浓度为xmol/L　
          　　CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）   2        2　　   0       0
转化（mol/L）   x        x       x       3x
平衡（mol/L）  2-x       2-x             3x
根据K=$\frac{x×（3x）^{3}}{（2-x）×（2-x）}$=27，解得x=1，所以CH₄的平衡转化率=$\frac{1}{2}$×100%=50%，
故答案为：50%．

点评 本题考查平衡计算与移动、平衡常数的计算以及盖斯定律的应用等知识，难度中等，注意盖斯定律和平衡移动原理的灵活运用是关键．