Question

16．CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气．
（1）用甲烷与水蒸气制备合成气，每生成1mol合成气，需要供给51.5kJ热量．该反应的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol．
（2）在一定温度下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH₄和0.60mol H₂O（g），发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．测得CH₄和H₂的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

浓度（mol/L） 物质 时间/min	0	1	2	3	4
CH4	0.2	0.13	0.1	0.1	0.09
H2	0	0.21	0.3	0.3	0.33

①该反应第一次达平衡时的平衡常数K=0.135．
②3min时改变的反应条件是升高温度或增大H₂O（g）的浓度或减小CO的浓度（只填一种条件的改变即可）．
（3）已知一定压强下，温度、投料比X[$\frac{n（C{H}_{4}）}{n（{H}_{2}O）}$]对该反应的影响如图所示．图中的两条曲线所示投料比的关系X₁＞X₂（填“=”、“＞”或“＜”）．

Answer 1

分析 （1）根据热化学方程式的书写方法，先写出方程式并标注状态，再根据热量与化学计量数计算焓变；
（2）①反应方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）根据三行式代入平衡常数表达式进行计算；
②根据表中数据可知3min时达到平衡，再根据4min时各组分浓度变化量判断改变的条件；
（3）碳水比n（CH₄）/n（H₂O）值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高．

解答 解：（1）根据热化学方程式的书写方法，先写出方程式并标注状态，再根据热量与化学计量数计算焓变，则用甲烷与水蒸气制备合成气，每生成1mol合成气，需要吸收51.5kJ热量，该反应的热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206KJ/mol；
（2）①反应方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g），
      初起量（mol•L^-1）：0.2     0.3       0      0
      变化量（mol•L^-1）：0.1     0.1     0.1     0.3
      平衡量（mol•L^-1）：0.1     0.2     0.1     0.3
所以K=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.1×0．{3}^{3}}{0.1×0.2}$=0.135，
故答案为：0.135；
②3min时改变的反应条件，反应向正反应方向进行，可能为升高温度或增大H₂O的浓度或减小CO的浓度，
故答案为：升高温度或增大H₂O的浓度或减小CO的浓度；
（3）碳水比n（CH₄）/n（H₂O）值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高，故x₁＞x₂，
故答案为：＞．

点评 本题综合性较大，涉及化学平衡图象、化学平衡的影响因素、化学平衡计算、化学计算、离子浓度比较等，为高考常见题型，难度中等，是对基础知识与学生能力的综合考查，注意把握化学平衡的影响因素以及图象、数据的分析能力的培养．