Question

【題目】合成氣(CO+H2)可利用甲烷與水蒸氣重整反應(yīng)制得。

(1)已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H1=-242kJmol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=-576kJmol-1

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H3=-802.6KJmo1-1

則甲烷和水蒸氣重整反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H4=____。該反應(yīng)的活化能E1=240.1kJmol-1，則逆反應(yīng)的活化能E2=____。

(2)重整反應(yīng)中CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)關(guān)系[其中n(CH4)：n(H2O)=1：1]如圖1所示。

①圖中A點(diǎn)的平衡常數(shù)KP=___(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))，比較A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp(A)、KP(B)、KP(C)由大到小的順序?yàn)?/span>___。

②圖中壓強(qiáng)P1、P2、P3由大到小的順序?yàn)?/span>___，理由是____。

(3)在恒容密閉容器中充入2mol的CH4和H2O(曲混合氣體，且CH4和H2O(g)的物質(zhì)的量之比為x，相同溫度下測(cè)得H2平衡產(chǎn)率與x的關(guān)系如圖2所示。請(qǐng)比較a、b兩點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率a點(diǎn)___b點(diǎn)(填“＞”、“＜”、“=”下同)，a點(diǎn)c(CH4)___b點(diǎn)c[H2O(g)]。當(dāng)x=1時(shí)，下列敘述正確的是____(填序號(hào))。

A．平衡常數(shù)K最大 B．CH4的轉(zhuǎn)化率最大

C．氫氣的產(chǎn)率最大 D．合成氣的濃度最大

Answer 1

【答案】+211.4kJmol-1 28.7kJmol-1 Kp（C）＞Kp（B）＞Kp（A） P3＞P2＞P1 其他條件不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡左移，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小 ＞ = CD

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)活化能等于逆反應(yīng)活化能與反應(yīng)熱之和；
(2)用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，平衡常數(shù)Kp等于生成物分壓冪之積與反應(yīng)物分壓冪之積比值；
反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)為放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡常數(shù)越大；
②CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)是氣體體積增大的反應(yīng)，由圖知溫度不變時(shí)壓強(qiáng)P1、P2、P3下甲烷轉(zhuǎn)化率逐漸減��；
(3)兩種反應(yīng)物存在，增加其中一種反應(yīng)物的量，能使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高。

(1)(1)已知：①H2(g)+O2(g)=H2O(g)△H1=-242kJmol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H2=-576kJmol-1

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H3=-802.6KJmo1-1

由③-①×3-②×得CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H4=△H3-△H1×3-△H2×=+211.4kJmol-1。

正反應(yīng)活化能等于逆反應(yīng)活化能與反應(yīng)熱之和，逆反應(yīng)的活化能E2=E1-△H4=240.1kJmol-1-211.4kJmol-1=28.7kJmol-1，故答案為：+211.4kJmol-1；28.7kJmol-1；

(2)①假設(shè)甲烷有1mol，水蒸氣有1mol，則

平衡后混合氣體的總量：(0.8+0.8+0.2+0.6)mol=2.4mol，P(CH4)=P(H2O)=×4.0MPa=Mpa，P(CO)=×4.0MPa=Mpa，P(H2)=×4.0MPa=1Mpa，A點(diǎn)的平衡常數(shù)Kp=；

反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，平衡常數(shù)增大，由圖知，ABC三點(diǎn)溫度依次升高，故平衡常數(shù)大小關(guān)系為Kp(C)＞Kp(B)＞Kp(A)，

故答案為：；Kp(C)＞Kp(B)＞Kp(A)；

②CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡左移，甲烷轉(zhuǎn)化率減小，由圖知溫度不變時(shí)壓強(qiáng)P1、P2、P3下甲烷轉(zhuǎn)化率逐漸減小，所以壓強(qiáng)P1、P2、P3由大到小的順序?yàn)?/span>P3＞P2＞P1，故答案為：P3＞P2＞P1；其他條件不變時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡左移，甲烷的轉(zhuǎn)化率減�。�

(3)兩種反應(yīng)物存在，增加其中一種反應(yīng)物的量，能使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，a點(diǎn)H2O的含量相對(duì)較大，所以a點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率更高；根據(jù)反應(yīng)方程式分析，CH4和H2O是按照1：1反應(yīng)的，a點(diǎn)CH4和2O的物質(zhì)的量之比為9：11，b點(diǎn)CH4和H2O的物質(zhì)的量之比為11：9，所以二者平衡時(shí)a點(diǎn)CH4的濃度等于b點(diǎn)H2O(g)的濃度；

A．平衡常數(shù)K只與溫度有關(guān)，溫度不變，K不變，故A錯(cuò)誤；

B．H2O(g)濃度越大，X越小，CH4的轉(zhuǎn)化率越大，故C錯(cuò)誤；

C．由圖知當(dāng)x=1時(shí)，氫氣的產(chǎn)率最大，故C正確；

D．當(dāng)x=1時(shí)，合成氣的濃度最大，故D正確。故答案為：＞；=；CD。