Question

15．甲烷蒸汽反應為CHCH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），工業上可利用此反應生產合成氨原料氣H₂．
已知溫度、壓強和水碳比$（\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}）$ 對甲烷蒸汽轉化反應的影響如圖
（1）該反應平衡常數K表達式為$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$．
（2）升高溫度，平衡常數K增大（選填“增大”、“減小”或“不變”，下同），降低反應的水碳比，平衡常數K不變．
（3）圖2中，兩條曲線表示溫度的關系是：t₁＜t₂（選填“＞”“=”或“＜”），在圖3中，當壓強為2MPa時，CH₄平衡含量與水碳比之間關系曲線應該是（選填“a”或“b”）a．
（4）工業生產中使用鎳作催化劑．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，其目的是防止催化劑中毒，失去催化效果．

Answer 1

分析 （1）平衡常數指產物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪的乘積的比值；
（2）根據圖1分析，溫度越高，甲烷越少，說明平衡正向移動；平衡常數僅與溫度有關，據此分析；
（3）根據圖1分析，溫度越高，甲烷越少，圖2分析，壓強越高，甲烷越多，據此分析；
（4）工業生產中使用鎳作催化劑．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，防止催化劑中毒，失去催化效果．

解答 解：（1）平衡常數指產物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪的乘積的比值，所以反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的平衡常數k=$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{c（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）•c（H{\;}_{2}O）}$；
（2）根據圖1分析，溫度越高，甲烷越少，說明平衡正向移動，則升高溫度，平衡常數K增大，又平衡常數僅與溫度有關，所以降低反應的水碳比，平衡常數K不變，故答案為：增大；不變；
（3）根據圖1分析，溫度越高，甲烷越少，所以t₁＜t₂；圖2分析，壓強越高，甲烷越多，所以當壓強為2MPa時，CH₄平衡含量與水碳比之間關系曲線應該是a；故答案為：＜；a；
（4）工業生產中使用鎳作催化劑．但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，防止催化劑中毒，失去催化效果，故答案為：防止催化劑中毒，失去催化效果．

點評 本題考查了平衡常數的表達式的書寫以及影響因素，圖象分析，平衡常數概念的分析應用是解題關鍵，題目難度中等．