Question

以甲烷为初始原料制取氢气，是一项比较成熟的技术，下面是制取氢气的流程图，根据信息回答下列问题：

（1）阶段I发生的反应为CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)。

①已知在“水碳比”［］等于3时测得温度（T )和压强（p）对上述反应的影响如图所示。则升高温度，该反应的平衡常数K_______（填“增大”、“减小”或“不变”），据图可知p_{1_________}（填“>”、“<”或“=”）p₂。

②将等物质的量的甲烷和水蒸气充入1L恒容密闭容器中，发生上述反应，某温度下反应达到平衡，平衡常数K=27，此时测得一氧化碳的物质的量为0．10 mol，则甲烷的平衡转化率为____________。

（2）阶段Ⅱ发生的反应为CO(g)+ H₂O(g)CO₂(g)+ H₂ (g)，T₁温度时，向2L的恒容密闭容器中通入一定量的CO和H₂O(g)，反应过程中测得部分数据如下表所示（表中t₁<t₂）：

反应时间/min	n(CO)/mol	n(H2O)/mol
0	1.20	0.60
t1	0.80
t2		0.20

①保持T₁温度不变，若向原容器中通入0.60 rnol CO和1.20 mol H₂O(g)，则达到平衡后n(CO₂)=____。

②若达到平衡后，保持其他条件不变，只是向原平衡体系中再通入0.20 mol H₂O(g)，则下列说法正确的是________。

a．CO的转化率将增大       

b．H₂O(g)的体积分数将增大

c．气体的密度将不变       

d．化学平衡常数将增大

e．因混合气体总体积不变，故混合气体的总物质的量不变

（3）储氢问题是安全利用氢能的关键，某合金是一种能够吸收氢气的神奇材料，已知一定条件下1 cm³的该合金最多可吸收6.02×10²²个氢原子，液态氢气的密度为0.07 g·cm^-3，则相同体积的该合金和液态氢的含氢量之比为_________。

Answer

（1）①增大；>；②91%；（2）①0.40mol；②ab；（3）10：7

【解析】

试题分析：（1）①根据图像甲烷的体积分数随温度的升高而降低，说明温度升高，平衡向正反应方向进行，根据勒夏特列原理，正反应方向为吸热反应，升高温度，反应平衡常数增大，化学反应方程式中反应物的气体系数之和小于生成物的气体系数之和，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的体积分数增大，对图像作一等温线，得出p1>p2；②设开始时充入甲烷和水的物质的量为a，达到平衡消耗CH4的物质的量为x CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始量 a a 0 0

变化量 x x x 3x

平衡量 a-x a-x x 3x

根据题意x=0.10mol，平衡常数K=c3(H2)×c(CO)/[c(CH4)×c(H2O)]=0.33×0.1/(a-0.1)2=27，解得a=0.11，甲烷的转化率=；（2）①根据表格数据t1min消耗n(CO)=1.2－0.8=0.4mol，同时消耗n(H2O)=0.4mol，此时的化学平衡常数为K=[c(H2)×c(CO2)]/[c(CO)×c(H2O)]=(0.2×0.2)/(0.4×0.1)=1，t2min消耗n(H2O)=0.4mol，同时消耗n(CO)=0.4mol，此时的平衡常数K=[c(H2)×c(CO2)]/[c(CO)×c(H2O)]=（0.2×0.2)/(0.1×0.4)=1，t1和t2都达到了化学平衡，通入0.6molCO和1.20molH2O，设达到平衡时n(CO2)=xmol，则平衡常数K=[c(H2)×c(CO2)]/[c(CO)×c(H2O)]=（0.5x×0.5x)/[0.5(0.6－x)×0.5(1.2－x)]=1，解得x=0.40mol；②向原平衡体系中再通入0.2molH2O（g），增加反应物的浓度，平衡右移，a、增加了水蒸气的量，平衡右移，CO的总量不变，消耗的CO的量增加，转化率增加，正确；b、平衡虽右移，但水蒸气的量增加，体积分数增大，正确；c、ρ=m/v，增加水蒸气的量，m增加，而容器的体积不变，ρ增加，错误；d、化学平衡常数只受温度的影响，温度不变，化学平衡常数不变，错误；e、平衡后再通入水蒸气，总物质的量的增大，错误；（3）1cm3合金最多含的0.1molH，1cm3液态氢气含的H的物质的量0.07×2/2=0.07mol，两者含氢量之比为0.1：0.07=10：7。

考点：考查影响化学平衡常数的因素、勒夏特列原理、化学平衡的计算等知识。