Question

工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH₄．
（1）写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O的热化学方程式

 

．
已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ?mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ?mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ?mol^-1
（2）另一生成CH₄的途径是CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）．其他条件相同时，H₂的平衡转化率在不同压强下随温度的变化如图所示．
①该反应的△H

 

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
②实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由

 

．
（3）某温度下，将0.1mol CO和0.3mol H₂充入10L的密闭容器内发生反应CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），平衡时H₂的转化率为80%，求此温度下该反应的平衡常数K．（写出计算过程，计算结果保留两位有效数字）

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（2）①由图可知，压强一定时，升高温度，平衡时氢气的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
②相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高；
（3）计算平衡时氢气浓度变化量，利用三段式计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数表达式计算．

解答： 解：（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ?mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ?mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ?mol^-1
根据盖斯定律，②+③-①×2得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ?mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ?mol^-1；
（2）①由图可知，压强一定时，升高温度，平衡时氢气的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，故△H＜0，故答案为：＜；
②相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高，
故答案为：相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高；
（3）平衡时H₂的转化率为80%，参加反应氢气的物质的量=0.3mol×80%=0.24mol，故氢气的浓度变化量=

0.24mol

10L

=0.024mol/L，则：
             CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：0.01   0.03     0       0
变化（mol/L）：0.008  0.024   0.008    0.008
平衡（mol/L）：0.002  0.006   0.008    0.008
故平衡常数=

0.008×0.008

0.002×0.0063

=1.5×10⁵
答：此温度下该反应的平衡常数K为1.5×10⁵．

点评：本题考查热化学方程式书写、化学平衡影响因素、平衡常数计算等，注意利用三段式计算，难度中等．