Question

【題目】氫氣既是一種優(yōu)質(zhì)的能源，又是一種重要化工原料，高純氫的制備是目前的研究熱點(diǎn)。

（1）甲烷水蒸氣催化重整是制備高純氫的方法之一，甲烷和水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是：

CH2(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) △H＝+165.0kJ·mol－1

已知反應(yīng)器中存在如下反應(yīng)過(guò)程：

I.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝+206.4kJ·mol－1

II.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H2

根據(jù)上述信息計(jì)算：a＝___、△H2＝___。

（2）某溫度下，4molH2O和lmolCH4在體積為2L的剛性容器內(nèi)同時(shí)發(fā)生I、II反應(yīng)，達(dá)平衡時(shí)，體系中n(CO)＝bmol、n(CO2)＝dmol，則該溫度下反應(yīng)I的平衡常數(shù)K值為___(用字母表示)。

（3）欲增大CH4轉(zhuǎn)化為H2的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有___(填標(biāo)號(hào))。

A.適當(dāng)增大反應(yīng)物投料比武n(H2O)：n(CH4)

B.提高壓強(qiáng)

C.分離出CO2

（4）H2用于工業(yè)合成氨：N2＋3H22NH3。將n(N2)：n(H2)＝1：3的混合氣體，勻速通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)器溫度變化與從反應(yīng)器排出氣體中NH3的體積分?jǐn)?shù)φ(NH3)關(guān)系如圖，反應(yīng)器溫度升高NH3的體積分?jǐn)?shù)φ(NH3)先增大后減小的原因是___。

某溫度下，n(N2)：n(H2)＝1：3的混合氣體在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，起始?xì)怏w總壓為2×l07Pa，平衡時(shí)總壓為開(kāi)始的90%，則H2的轉(zhuǎn)化率為___，氣體分壓(p分)＝氣體總壓(p總)×體積分?jǐn)?shù)，用某物質(zhì)的平衡分壓代替物質(zhì)的量濃度也可以表示化學(xué)平衡常數(shù)(記作Kp)，此溫度下，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Kp＝___(分壓列計(jì)算式、不化簡(jiǎn))。

Answer 1

【答案】415.1 -41.4kJ·mol－1 AC 溫度低于T0時(shí)未達(dá)平衡，溫度升高、反應(yīng)速率加快，NH3的體積分?jǐn)?shù)增大;高于T0時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡常數(shù)減小，NH3的體積分?jǐn)?shù)減小 20%

【解析】

（1）根據(jù)△H1=反應(yīng)物鍵能-生成物鍵能計(jì)算a；根據(jù)蓋斯定律計(jì)算△H2；

（2）根據(jù)K=計(jì)算；

（3）欲增大CH4轉(zhuǎn)化為H2的平衡轉(zhuǎn)化率要使平衡正向移動(dòng)；

（4）溫度低于T0時(shí)未達(dá)平衡，高于T0時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；根據(jù)壓強(qiáng)比等于氣體物質(zhì)的量之比進(jìn)行計(jì)算；

（1）反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝=4a kJ·mol－1+2×465 kJ·mol－1-(1076 kJ·mol－1+3×436 kJ·mol－1)= +206.4kJ·mol－1，解得a=415.1 kJ·mol－1；ⅢCH2(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) △H＝+165.0kJ·mol－1，I.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H1＝+206.4kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律可知II=Ⅲ- I，所以△H2=△H-△H1=+165.0kJ·mol－1-206.4kJ·mol－1=-41.4kJ·mol－1，

故答案為：415.1；-41.4kJ·mol－1；

（2）由n(CO2)＝dmol可知反應(yīng)II生成的n(H2)= dmol，同時(shí)消耗的n(CO)=dmol，消耗的n(H2O)=dmol，則在反應(yīng)I中生成的n(CO)=(b+d)mol，消耗的n(CH4)= (b+d)mol，消耗的n(H2O)= (b+d)mol，生成的n(H2)=(3b+3d)mol，則平衡時(shí)體系內(nèi)：n(CH4)=(1-b-d)mol、n(H2O)=(4-b-2d)mol、n(CO)=bmol、n(H2)=(3b+4d)mol，容器體積為2L，故平衡常數(shù) ，

故答案為：；

（3）A.適當(dāng)增大反應(yīng)物投料比武n(H2O)：n(CH4)，增大水的量促進(jìn)甲烷轉(zhuǎn)化成CO，促進(jìn)CO轉(zhuǎn)化成CO2，故A正確；

B.提高壓強(qiáng)，反應(yīng)I平衡左移，故B錯(cuò)誤；

C.分離出CO2可使平衡右移，故C正確；

故答案為：AC；

（4）溫度低于T0時(shí)未達(dá)平衡，溫度升高、反應(yīng)速率加快，NH3的體積分?jǐn)?shù)增大;高于T0時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡常數(shù)減小，NH3的體積分?jǐn)?shù)減��；

設(shè)初始加入的N2為1 mol、H2為3 mol ，溫度、體積一定時(shí)氣體物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，氣體物質(zhì)的量減少4×10 % =0.4 mol；

其中p0=2×l07Pa ；

H2的轉(zhuǎn)化率為0.6/3=20%；

平衡常數(shù)

故答案為：溫度低于T0時(shí)未達(dá)平衡，溫度升高、反應(yīng)速率加快，NH3的體積分?jǐn)?shù)增大;高于T0時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡常數(shù)減小，NH3的體積分?jǐn)?shù)減小；20%；。