工业上利用天然气（主要成分是CH4）与H2O进行重整制备合成气（CO+H2），CO和H2在一定条件下能制备甲醛、甲醚和葡萄糖等多种有机物．（1）已知：①2CH4（g）+3O2（g）=2CO（g）+4H2O（g）△H=-130

Question

工业上利用天然气（主要成分是CH₄）与H₂O进行重整制备合成气（CO+H₂），CO和H₂在一定条件下能制备甲醛、甲醚和葡萄糖等多种有机物．
（1）已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1302.6kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
则天然气与水蒸气在高温下反应制备合成气的热化学方程式为______．
（2）在一定条件下，向2L的恒容密闭容器中充入0.40mol CH₄（g）和0.60mol H₂O（g），测得CH₄（g）和H₂（g）的物质的量浓度随时间的变化曲线如图甲所示．
①0～2min内，一氧化碳的平均反应速率
v（CO）=______mol•L^-1•min^-1．
②3min时改变条件．反应进行到4min时，体系中各物质的物质的量如下表所示：

t/min	n（CH4）/mol	n（H20）/mol	n（CO）/mol	n（H2）/mol
4	0.18	0.38	0.22	0.66

则3～4min平衡向______方向移动，改变的条件可能是______
（3）已知温度、压强和碳水比[n（CH₄）：n（H₂O）=x]对该反应的影响如图乙
①图乙1中，两条曲线所示温度的关系：T₁______T₂ （填“＞”、“＜”或“=”，下同）
②图乙2中，两条曲线所示碳水比（x）的关系：x₁______x₂
③图乙3中，两条曲线所示压强的关系：p₁______₂．

Answer 1

（1）已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（g）△H=-1302.6kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算（①-②×3）×(1)/(2)得到天然气与水蒸气在高温下反应制备合成气的热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+74.1 kJ•mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+74.1 kJ•mol^-1；
（2）①0～2min内，V（CH₄）=(0.2mol/L−0.1mol/L)/(2min)=0.05mol/L•min；
一氧化碳的平均反应速率v（CO）=V（CH₄）=0.05mol/L•min，
故答案为：0.05；
②根据图象可知3min时，平衡时甲烷的浓度为0.1mol/L，氢气的浓度为0.3mol/L，则：
             CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：0.2      0.3      0      0
变化（mol/L）：0.1      0.1      0.1    0.3
平衡（mol/L）：0.1      0.2      0.1    0.3
4min时甲烷的浓度为0.09mol/L，浓度减小0.1-0.09=0.01
水的浓度为0.19mol，浓度减小0.2-0.19=0.01；
CO的浓度为0.11，浓度增大0.11-0.1=0.01
氢气的浓度为0.33，浓度增大0.33-0.3=0.03
浓度变化量之比为1：1：1：3，等于化学计量数之比，应是改变温度平衡向正反应方向移动，该反应正反应是吸热反应，故3min改变条件为升高温度；
故答案为：正反应；升高温度；
（3）①该反应正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，甲烷的含量降低，故温度T₁＜T₂，故答案为：＜；
②碳水比[(n(CH4))/(n(H2O))]值越大，平衡时甲烷的转化率越低，含量越高，故x₁＞x₂，故答案为：＞；
③该反应正反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，平衡时甲烷的含量降低，故p₁＞p₂，故答案为：＞．