合成氨所需H₂取自CH₄，CH₄和O₂作用成CO₂、H₂（反应①），然而CH₄和O₂反应还能生成CO₂、H₂O（反应②），当有水生成时，H₂O和CH₄反应（反应③）。下表 为三个反应在不同温度下的平衡常数K。

反应温度	4OOK	600K	800K	1000K	1200K
①CH4（g）+O2（g）⇌CO2（g）+2H2（g）	2.2×1046	2.8×1032	3.2×1025	2.5×1021	-
②CH4（g）+2O2（g）⇌CO2（g）+2H2O（g）	5.5×10104	5.5×1069	1.8×1052	6.3×1041	-
③CH4（g）+2H2O（g）⇌CO2（g）+4H2（g）	-	1.4×10-5	5.3×10-2	7.8	2.2×103

（1）反应①的平衡常数K①的表达式为

c

（

C

O

2

）

c

2

（

H

2

）

c

（

C

H

4

）

c

（

O

2

）

c

（

C

O

2

）

c

2

（

H

2

）

c

（

C

H

4

）

c

（

O

2

）

。
（2）反应①②③的平衡常数K①、K②、K③之间的关系为K②=

K

①

2

K

③

K

①

2

K

③

（用含K①、K③的式子表示）。反应①②③的反应焓变：△H①、△H②、△H③之间的关系为△H①=

1

2

（△H②+△H③）

1

2

（△H②+△H③）

（用含△H②、△H③的式子表示）。
（3）恒温条件下，反应③的能量与反应进程关系应对应下图中的

D

D

，反应②的能量与反应进程关系应对应下图中的

B

B

。

（4）为使反应尽可能按生成H₂的方向进行，若只考虑反应③，且不降低反应速率，可采取

升高温度

升高温度

措施；若只考虑反应①②，除采取控温措施外，还可采取

控制甲烷与氧气物质的量之比约为1：1；只适用反应①的催化剂

控制甲烷与氧气物质的量之比约为1：1；只适用反应①的催化剂

（写出两条措施即可）。
（5）250℃时，以镍合金为催化剂，发生CO₂（g）+CH₄（g）=2CO（g）+2H₂（g），向40L的密闭容器中通入6molCO₂（g）和6molCH₄（g），平衡时测得体系中CH₄的体积分数 为10%，则混合气体的密度为

9

9

g/L，CO₂的转化率为

66.7%

66.7%

（保留三位有效数字）。