Question

9．某工廠使用石油熱裂解的副產(chǎn)物CH₄來制取H₂，其生產(chǎn)流程如圖1所示：

（1）第II步反應(yīng)為CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0，其平衡常數(shù)隨溫度的變化如下：

溫度T/℃	400	500	830	1000
平衡常數(shù)K	10	9	1	0.6

在830℃下，若開始時(shí)向恒容密閉容器中充入CO與H₂O均為1mo1，則達(dá)到平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為50%．
（2）第II步反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，向恒容反應(yīng)器中加入下列物質(zhì)發(fā)生上述反應(yīng)，其中反應(yīng)開始時(shí)，向正反應(yīng)方向進(jìn)行的有B（填實(shí)驗(yàn)編號(hào)）．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	n（CO）/mol	n（H2O）/mol	n（H2）/mol	n（CO2）/mol
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一個(gè)不傳熱的恒容容器中，判斷第II步反應(yīng)達(dá)平衡的標(biāo)志是③④（填序號(hào)）．
①體系的壓強(qiáng)不再變化      ②混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
③體系中各物質(zhì)的濃度不再改變   ④體系的溫度不再變化
⑤混合氣體的密度不再變化
（4）圖2表示此流程的第II步反應(yīng)在t₁時(shí)刻達(dá)到平衡，在t₂時(shí)刻因改變某個(gè)條件而發(fā)生變化的情況．則圖中t₂時(shí)刻發(fā)生改變的條件是降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量（只寫2種）．
（5）若400℃時(shí)，第Ⅱ步反應(yīng)生成l molH₂放出的熱量為 33.2kJ，第Ⅰ步反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=-103.3kJ•mol^-1．
則400℃時(shí)，CH₄和水蒸氣反應(yīng)生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，設(shè)一氧化碳消耗物質(zhì)的量為x，
830℃，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始     1      1         0      0
轉(zhuǎn)化     x      x        x        x
平衡    1-x     1-x      x        x
利用830℃下K計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
（2）利用Q與K的關(guān)系可知，Q＜K時(shí)反應(yīng)向正反應(yīng)反應(yīng)移動(dòng)；
（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量來分析；
（4）t₂時(shí)二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應(yīng)正向移動(dòng)，以此分析；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，①+②得到CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）．

解答 解：（1）設(shè)一氧化碳消耗物質(zhì)的量為x，
830℃，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
開始     1      1         0      0
轉(zhuǎn)化     x      x        x        x
平衡    1-x     1-x      x        x
K=$\frac{x×x}{（1-x）（1-x）}$=1，解得x=0.5，
則CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.5mol}{1mol}$×100%=50%，
故答案為：50%；
（2）A．Q=$\frac{2×3}{1×5}$=1.2＞K=1，則向你反應(yīng)方向移動(dòng)，故A不選；
B．Q=$\frac{1×1}{2×2}$=0.25＜K=1，則反應(yīng)向正反應(yīng)反應(yīng)移動(dòng)，故B選；
C．Q=$\frac{1×1}{0.5×2}$=K，平衡不移動(dòng)，故C不選；
故答案為：B；
（3）①該反應(yīng)的壓強(qiáng)始終不變，則體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，不能判斷平衡，故①不選；
②混合氣體的總質(zhì)量、總物質(zhì)的量始終不變，則混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，不能判斷平衡，故②不選；
③各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變，為平衡的特征，能判斷平衡，故③選；
④體系的溫度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡，故④選；
⑤固定容積，質(zhì)量、體積始終不變，則混合氣體的密度不變，不能判斷平衡，故⑤不選；    
故答案為：③④；
（4）t₂時(shí)二氧化碳的濃度增大，而CO的濃度減小，該反應(yīng)正向移動(dòng)，則改變的條件為降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量，
故答案為：降低溫度或增加水蒸汽的量或減少氫氣的量；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ•mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，①+②得到CH₄（g）+2H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ•mol^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡的判定、熱化學(xué)反應(yīng)方程式等，注重高考�？疾辄c(diǎn)的考查，注意習(xí)題中的數(shù)據(jù)和圖象的分析，題目難度中等．