Question

合成氨工业中氢气可由天然气和水蒸汽反应制备，其主要反应为：

CH₄+ 2H₂O CO₂+4H₂，已知：

CH₄（g）+2O₂（g）＝CO₂（g）+2H₂O（l） △H=-890KJ/mol

2H₂（g）+O₂（g）＝2H₂O（l） △H=-571.6KJ/mol

H₂O（g）＝H₂O（l） △H=-44KJ/mol

（1）写出由天然气和水蒸汽反应制备H₂的热化学方程式：             。

（2）某温度下，10L密闭容器中充入2mol CH₄和3mol H₂O（g），发生CH₄（g）+ 2H₂O（g） CO₂（g）+4H₂ （g）反应，过一段时间反应达平衡，平衡时容器的压强是起始时的1.4倍。

则①平衡时，CH₄的转化率为           ，H₂的浓度为          ，反应共放出或吸收热量       KJ。

②升高平衡体系的温度,混合气体的平均相对分子质量            ,密度          。（填“变大”“变小”或“不变”）。

③当达到平衡时,充入氩气,并保持压强不变,平衡将            （填“正向”“逆向”或“不”）移动。

④若保持恒温，将容器压缩为5L（各物质仍均为气态），平衡将         （填“正向”“逆向”或“不”）移动。达到新平衡后,容器内H₂浓度范围为           。

Answer

（1）CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2（g） △H＝+165.2KJ/mol

（2）①50﹪；0.4mol/L；165.2 ②变小；不

③正向 ④逆向；0.4mol/L＜c（H2）＜0.8mol/L

【解析】

试题分析：（1）已知：①CH4（g）+2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（l） △H＝-890kJ/mol，②2H2（g）+O2（g）＝2H2O（l）△H＝-571.6kJ/mol，③H2O（g）＝H2O（l） △H＝-44kJ/mol，则根据盖斯定律可知①－②×2＋③即得到天然气和水蒸汽反应制备H2的热化学方程式CH4（g）+ 2H2O­（g）CO2（g）+4H2（g） △H＝+165.2kJ/mol。

（2）CH4（g）+ 2H2O（g）CO2（g）+4H2 （g）

起始量（mol）2 3 0 0

转化量（mol）x 2x x 4x

平衡量（mol）2-x 3－2x x 4x

则2-x+3－2x+x+4x＝5×1.4

解得x＝1

①平衡时，CH4的转化率为，H2的浓度为4mol÷10L＝0.4mol/L，反应共吸收热量1mol×165.2kJ/mol＝165.2kJ。

②正方应是吸热反应，升高平衡体系的温度平衡向正反应方向进行，气体的物质的量增加，则混合气体的平均相对分子质量变小，容积不变，密度不变。

③当达到平衡时,充入氩气,并保持压强不变，则容积增大，所以平衡将正向移动。

④正方应是体积增大的，则保持恒温，将容器压缩为5L（各物质仍均为气态），瞬间氢气的浓度由0.4mol/L变为4mol÷5L＝0.8mol/L，平衡将逆向移动，根据勒夏特列原理可知达到新平衡后,容器内H2浓度范围为0.4mol/L＜c（H2）＜0.8mol/L。

考点：考查盖斯定律的应用、平衡状态计算及外界条件对平衡状态的影响