Question

15．甲烷的傳統轉化利用，第一步制取合成氣（CO、H₂），第二步用合成氣制取甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等．
（1）某溫度下，將1mol CH₄和1mol H₂O（g）充入容積為 0.5L的密閉容器中，發生如下反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂ （g）△H=+206.4kJ•mol^-1當反應達到平衡時，測得其平衡常數K=27．
①如果其它條件不變，升高溫度，CH₄的平衡常數增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②已知甲烷、乙烯、氫氣燃燒的熱化學方程式分別如下：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-890.3kJ•mol^-1
C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-1 306.4kJ•mol^-1
2H₂ （g）+O₂ （g）═2H₂O （ l ）△H=-571.6kJ•mol^-1
則2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂ （g）的△H=97.4KJ/mol．
（2）CH₄的平衡轉化率=50%．

Answer 1

分析 （1）①對于吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動；
②2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g）可看作是①×2-②-③得到的，根據蓋斯定律來計算反應的焓變；
（2）據平衡常數可計算得平衡時各物質的濃度，再根據轉化率=$\frac{轉化濃度}{起始濃度}$×100%計算．

解答 解：（1）①該反應為吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，所以平衡常數增大，故答案為：增大；
②由①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-890.3kJ•mol^-1
②C₂H₄（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+2H₂O （ l ）△H=-1 306.4kJ•mol^-1
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O （ l ）△H=-571.6  kJ•mol^-1
則2CH₄（g）═C₂H₄（g）+2H₂（g）可看作是①×2-②-③得到的，
所以根據蓋斯定律，反應的△H=-890.3kJ•mol^-1×2+1 306.4kJ•mol^-1+571.6  kJ•mol^-1=+97.4 kJ•mol^-1，
故答案為：+97.4 kJ•mol^-1；
（2）設甲烷轉化的濃度為xmol/L　
          　　CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）   2        2　　   0       0
轉化（mol/L）   x        x       x       3x
平衡（mol/L）  2-x       2-x             3x
根據K=$\frac{x×（3x）^{3}}{（2-x）×（2-x）}$=27，解得x=1，所以CH₄的平衡轉化率=$\frac{1}{2}$×100%=50%，
故答案為：50%．

點評 本題考查平衡計算與移動、平衡常數的計算以及蓋斯定律的應用等知識，難度中等，注意蓋斯定律和平衡移動原理的靈活運用是關鍵．