Question

19．甲烷是天然氣的主要成分，是一種重要的清潔能源和化工原料．
（1）煤制天然氣時會發(fā)生多個反應(yīng)，生產(chǎn)過程中有多種途徑生成CH₄．
已知：C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1
寫出CO與H₂O（g）反應(yīng)生成H₂和CO₂的熱化學(xué)方程式CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），△H=-41kJ/mol．
（2）天然氣中含有H₂S雜質(zhì)，某科研小組用氨水吸收得到NH₄HS溶液，
已知T℃，k（NH₃•H₂O）=1.74×10^-5，k₁（H₂S）=1.07×10^-7，k₂（H₂S）=1.74×10^-13，NH₄HS溶液中所含粒子濃度大小關(guān)系正確的是ac．
a．[NH₄⁺]＞[HS^-]＞[OH^-]＞[H⁺]b．[HS^-]＞[NH₄⁺]＞[S^2-]＞[H⁺]
c．[NH₄⁺]＞[HS^-]＞[H₂S]＞[H⁺]d．[HS^-]＞[S^2-]＞[H⁺]＞[OH^-]
（3）工業(yè)上常用CH₄與水蒸氣在一定條件下來制取H₂，其原理為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）．
①該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率表達(dá)式為：v=kc（CO）c³（H₂），k為速率常數(shù)，在某溫度下，測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表：

CO濃度（mol•L-1）	H2濃度（mol•L-1）	逆反應(yīng)速率（mol•L-1•min-1）
0.1	c1	9.6
c2	c1	19.2
c2	0.3	64.8

由上述數(shù)據(jù)可得該溫度下，上述反應(yīng)的逆反應(yīng)速率常數(shù)k為1.2×10⁴ L³•mol^-3•min^-1．
②在體積為2L的密閉容器中通入物質(zhì)的量均為2mol的CH₄和水蒸氣，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測得H₂的體積分?jǐn)?shù)與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示，則壓強(qiáng)P₁大于P₂（填“大于”或“小于”）；溫度T₃小于T₄（填“大于”或“小于”）；
③壓強(qiáng)為P₁時，在N點(diǎn)：v_正大于v_逆（填“大于”、“小于”或“等于”）． 求N點(diǎn)對應(yīng)溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=48．

Answer 1

分析 （1）C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1①
2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1②
CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1③
將方程式①+②-③得CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）根據(jù)電離平衡常數(shù)知，一水合氨電離程度大于硫化氫電離程度，所以NH₄HS溶液銨根離子水解程度小于HS-水解程度，溶液呈堿性，則[OH^-]＞[H⁺]，但銨根離子和硫化氫離子水解程度都較��；硫氫根離子水解程度大于其電離程度；
（3）①$\frac{19.2}{9.6}$=2=$\frac{k{c}_{2}（{c}_{1}）^{3}}{k×0.1×（{c}_{1}）^{3}}$，c₂=0.2，64.8=k（c2）．（0.3）³=k×0.2×（0.3）³，據(jù)此計(jì)算k值；
②相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，則氫氣體積分?jǐn)?shù)降低；同一壓強(qiáng)下，升高溫度平衡向吸熱方向移動，根據(jù)溫度與氫氣體積分?jǐn)?shù)關(guān)系確定反應(yīng)熱；
③N點(diǎn)時要使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)應(yīng)該向正反應(yīng)方向移動；
設(shè)參加反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量濃度為xmol/L
該反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）1       1               0           0
反應(yīng)（mol/L）x       x               x          3x
平衡（mol/L）1-x   1-x             x           3x
化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，達(dá)到平衡狀態(tài)時氫氣體積分?jǐn)?shù)為60%，
則$\frac{3x}{1-x+1-x+x+3x}$×100%=60%，x=$\frac{2}{3}$，
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{x．（3x）^{3}}{（1-x）^{2}}$．

解答 解：（1）C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1 ①
2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1 ②
CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1 ③
將方程式①+②-③得CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），△H=（-73kJ•mol^-1 ）+（-171kJ•mol^-1）-（-203kJ•mol^-1 ）=-41kJ/mol，
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=H₂（g）+CO₂（g），△H=-41kJ/mol；
（2）根據(jù)電離平衡常數(shù)知，一水合氨電離程度大于硫化氫電離程度，所以NH₄HS溶液銨根離子水解程度小于HS-水解程度，溶液呈堿性，則[OH^-]＞[H⁺]，但銨根離子和硫化氫離子水解程度都較小，所以離子濃度大小順序是[NH₄⁺]＞[HS^-]＞[OH^-]＞[H⁺]，硫氫根離子水解程度大于其電離程度，所以還存在：[NH₄⁺]＞[HS^-]＞[H₂S]＞[H⁺]，
故選ac；
（3）①$\frac{19.2}{9.6}$=2=$\frac{k{c}_{2}（{c}_{1}）^{3}}{k×0.1×（{c}_{1}）^{3}}$，c₂=0.2，64.8=k（c2）．（0.3）³=k×0.2×（0.3）³，k=1.2×10⁴ ，
故答案為：1.2×10⁴；
②相同溫度下，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，則氫氣體積分?jǐn)?shù)降低，根據(jù)圖知，P1條件下氫氣體積分?jǐn)?shù)小于P2條件下的氫氣體積分?jǐn)?shù)，則P₁ 大于P₂；同一壓強(qiáng)下，升高溫度平衡向吸熱方向移動，該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度氫氣體積分?jǐn)?shù)增大，則T₃ 小于T₄，
故答案為：大于；小于；
③N點(diǎn)時要使反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)應(yīng)該向正反應(yīng)方向移動，則v_正大于v_逆；
設(shè)參加反應(yīng)的甲烷物質(zhì)的量濃度為xmol/L
該反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）1       1               0           0
反應(yīng)（mol/L）x       x               x          3x
平衡（mol/L）1-x   1-x             x           3x
化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變，達(dá)到平衡狀態(tài)時氫氣體積分?jǐn)?shù)為60%，
則$\frac{3x}{1-x+1-x+x+3x}$×100%=60%，x=$\frac{2}{3}$，
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{x．（3x）^{3}}{（1-x）^{2}}$=$\frac{\frac{2}{3}．（3×\frac{2}{3}）^{3}}{（1-\frac{2}{3}）^{2}}$=48，
故答案為：大于；48．

點(diǎn)評 本題考查蓋斯定律、鹽類水解、化學(xué)平衡計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，明確電離平衡常數(shù)與離子水解程度關(guān)系、三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的靈活運(yùn)用是解本題關(guān)鍵，注意（3）不能根據(jù)N點(diǎn)濃度計(jì)算其化學(xué)平衡常數(shù)，應(yīng)該用平衡時各物質(zhì)濃度計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)，為易錯點(diǎn)．