Question

TDI、MDI等精细化工使用的H₂可以通过天然气来制取，其生产流程如图1：

（1）此流程的第I步反应为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O（g）通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH₄的转化率为0.5．此时该反应的平衡常数K=

 

．
（2）此流程的第II步反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数随温度的变化如下表：

温度/℃	400	500	830
平衡常数K	10	9	1

从上表可以推断：该反应是

 

反应（填“吸热”或“放热”）．若该反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020mol/L，反应达到平衡时，CO的转化率为

 

．如图2表示该反应在t₁时刻达到平衡，在t₂时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况，如图2中t₂时刻发生改变的条件是

 

（写出一种）．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O（g）通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH₄的转化率为0.5，则转化的n（CH₄）=1mol×0.5=0.5mol，平衡时c（CH₄）=

1mol×(1-0.5)

100L

=0.005mol/L，c（H₂O）=

2mol-0.5mol

100L

=0.015mol/L，c（CO）=

1mol×0.5

100L

=0.005mol/L，C（H₂）=

1mol×0.5×3

100L

=0.015mol/L，化学平衡常数K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

；
（2）升高温度平衡向吸热反应方向移动，根据温度与化学平衡常数关系确定反应热；
根据化学平衡计算计算CO的转化率；在t₂时刻CO的浓度减小、CO₂浓度增大，平衡向正反应方向移动，可以通过改变温度、改变水蒸气或氢气的量实现．

解答： 解：（1）100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH₄的转化率为0.5，
                  CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）    0.01    0.02       0      0
变化量（mol/L）   0.005   0.005     0.005   0.015
平衡量（mol/L）   0.005   0.015     0.005   0.015
化学平衡常数K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

=2.25×10^-4 ，故答案为：2.25×10^-4 ；
（2）随着温度的升高，化学平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应；
设CO的转化率为x，
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始0.02mol/L 0.02mol/L 0 0
反应0.02xmol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L
平衡0.02（1-x）mol/L0.02（1-x）mol/L 0.02xmol/L 0.02xmol/L
化学平衡常数K=

0.02x×0.02x

[0.02×(1-x)]2

=9，x=75%；
在t₂时刻CO的浓度减小、CO₂浓度增大，平衡向正反应方向移动，且CO和CO₂浓度变化有接触点，所以可以通过改变降低温度、增大水蒸气的量或减少氢气的量实现，
故答案为：放热；75%；降低温度或增加水蒸气的量或减少氢气的量．

点评：本题考查了化学平衡移动原理，明确化学平衡常数的含义结合化学平衡常数公式进行有关计算，灵活运用三段式法进行解答，会分析图象中曲线变化特点，题目难度中等．