Question

利用天然氣可制得以H₂、CO等為主要組成的工業(yè)原料合成氣，反應(yīng)為CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)。

(1)甲烷與水蒸氣反應(yīng)，被氧化的元素是____________，當(dāng)生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下35.84 L合成氣時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是________。

(2)將2 mol CH₄和5 mol H₂O(g)通入容積為100 L的反應(yīng)室，CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖K23­5所示。

圖K23­5

①若達(dá)到A點(diǎn)所需的時(shí)間為5 min，則v(H₂)＝________________________________________________________________________，

100 ℃時(shí)平衡常數(shù)K＝____________________。

②圖中的p₁______p₂(填“<”“>”或“＝”)，A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關(guān)系是________________________________________________________________________。

(3)合成氣用于合成氨氣時(shí)需除去CO，發(fā)生反應(yīng)CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH<0，下列措施中能使增大的是________(選填編號(hào))。

A．降低溫度

B．恒溫恒容下充入He(g)

C．將H₂從體系中分離

D．再通入一定量的水蒸氣

可用碳酸鉀溶液吸收生成的CO₂，常溫下pH＝10的碳酸鉀溶液中由水電離的OH^－的物質(zhì)的量濃度為________________________________________________________________________，

常溫下，0.1 mol·L^－1 KHCO₃溶液中pH>8，則溶液中c(H₂CO₃)________c(CO)(填“>”“＝”或“<”)。

Answer 1

(1)C(碳)　2.4 mol

(2)①0.006 mol·L^－1·min^－1　6.75×10^－4

②<　K_C>K_B>K_A

(3)AC　1×10^－4mol·L^－1　>

[解析] (1)在甲烷與水的反應(yīng)中，碳元素的化合價(jià)由－4價(jià)升高到＋2價(jià)，氫元素的化合價(jià)由＋1價(jià)降低到0價(jià)，共轉(zhuǎn)移6 mol電子，則被氧化的元素為碳元素，當(dāng)生成氣體1.6 mol(35.84 L)時(shí)，共轉(zhuǎn)移電子2.4 mol。

(2)①在A點(diǎn)時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，則轉(zhuǎn)化的甲烷的物質(zhì)的量為1 mol，生成的氫氣的物質(zhì)的量為3 mol，故v(H₂)＝＝0.006 mol·L^－1·min^－1；根據(jù)甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率可求得達(dá)到平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度為c(CH₄)＝0.01 mol·L^－1，c(H₂O)＝0.04 mol·L^－1，c(CO)＝0.01 mol·L^－1，c(H₂)＝0.03 mol·L^－1，則K＝＝＝6.75×10^－4。

②在橫軸上大約150 ℃處作垂直于橫軸的直線，由此可看出在壓強(qiáng)為p₁時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率高，而該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，故壓強(qiáng)越小，甲烷的轉(zhuǎn)化率越高，故p₁＜p₂；由圖中任意一條曲線可看出，隨著溫度的升高，甲烷的轉(zhuǎn)化率在增大，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，而A、B、C三點(diǎn)溫度越來(lái)越高，故平衡常數(shù)越來(lái)越大。

(3)該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故降低溫度平衡正向移動(dòng)，增大；恒溫恒容時(shí)充入He氣，平衡不移動(dòng)，不變；將H₂從體系中分離出來(lái)，平衡正向移動(dòng)，增大；再通入水蒸氣，根據(jù)平衡移動(dòng)原理可知減小。K₂CO₃溶液中的OH^－全部來(lái)自于水的電離，故c(OH^－)_水＝1×10^－4mol·L^－1；在KHCO₃溶液中存在平衡HCOH^＋＋CO，HCO＋H₂OH₂CO₃＋OH^－，因溶液顯堿性，故HCO水解程度較大，故溶液中c(H₂CO₃)＞c(CO)。