Question

【題目】甲烷廣泛存在于天然氣、沼氣、煤礦坑氣之中，是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，更是制造許多化工產(chǎn)品的重要原料．
（1）制取氫氣
已知：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJmol﹣1
CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJmol﹣1
（i）請寫出CH4（g）與H2O（g）反應(yīng)生成CO2（g）和H2（g）的熱化學(xué)方程式
（ii）若將0.1mol CH4和0.1mol H2O（g）通入體積為10L的密閉容器里，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖
①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率
②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)；
③圖中的p1p2（填“＜”、“＞”或“=”）；

（2）制備甲醇
在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將a mol CO與3amol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H＜0．若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是
A.升高溫度
B.再充入1mol CO和3mol H2
C.將CH3OH（g）從體系中分離
D.充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
E.使用更高效的催化劑
（3）合成乙酸
甲烷直接合成乙酸具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值．光催化反應(yīng)技術(shù)使用CH4和（填化學(xué)式）直接合成乙酸，且符合“綠色化學(xué)”的要求（原子利用率100%）．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kmol﹣1；0.003mol/（L．min）；6.75×10﹣4（mol/L）2；＜
（2）BC
（3）CO2
【解析】解：（1）（i）①CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=206.2kmol﹣1②CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=247.4kJmol﹣1
由蓋斯定律，①×2﹣②得：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kmol﹣1 ，
所以答案是：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kmol﹣1；（ii）將1.0mol CH4和2.0mol H2O （ g ）通入容積固定為10L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，由圖象可知100℃甲烷轉(zhuǎn)化率為50%，故參加反應(yīng)的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：

	CH4 （g）+	H2O （g）	=	CO （g）+	3H2 （g）
起始量（mol）：	1.0	2.0		0	0
變化量（mol）：	0.5	0.5		0.5	1.5
平衡量（mol）：	0.5	1.5		0.5	1.5

①假設(shè)100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率= =0.003 molL﹣1min﹣1 ，
所以答案是：0.0030molL﹣1min﹣1； ②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K= = =6.75×10﹣4（mol/L）2 ， 所以答案是：6.75×10﹣4（mol/L）2；③通過圖表可知當(dāng)溫度相同時(shí)，p2→p1時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動(dòng)，正向?yàn)闅怏w系數(shù)增大的反應(yīng)，根據(jù)減小壓強(qiáng)平衡向系數(shù)增大的方向移動(dòng)可知：p1＜p2 ， 所以答案是：＜；（2）A．該反應(yīng)是放熱的，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，會(huì)減小甲醇產(chǎn)率，故A錯(cuò)誤；
B．再充入1mol CO和3molH2 ， 增大壓強(qiáng)，平衡右移，有利提高甲醇的產(chǎn)率，故B正確；
C．將CH3OH（g）從體系中分離，會(huì)促使平衡正向移動(dòng)，提高甲醇的產(chǎn)率，故C正確；
D．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會(huì)移動(dòng)，不會(huì)改變甲醇產(chǎn)率，故D錯(cuò)誤；
E．使用催化劑能改變反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，故E錯(cuò)誤；
故選BC；（3）利用加成反應(yīng)可以使原子利用率100%，現(xiàn)有甲烷（CH4）與另一種化合物發(fā)生加成反應(yīng)生成CH3COOH，根據(jù)原子守恒可知另一物質(zhì)為CO2 ， 所以答案是：CO2 ．