Question

【題目】對(duì)甲烷和CO2的高效利用不僅能緩解大氣變暖，而且對(duì)日益枯竭的石油資源也有一定的補(bǔ)充作用，甲烷臨氧耦合CO2重整反應(yīng)有：

反應(yīng)①：

反應(yīng)②：

(l)CO燃燒的熱化學(xué)方程式為 △H=____kJ/mol

(2)一定條件下，將CH4與CO2以體積比1:1置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有____。

A．體系密度保持不變 B．容器中壓強(qiáng)保持不變

C．H2和CO的體積比保持不變 D．每消耗lmolCH4的同時(shí)生成2mol CO

(3)重整反應(yīng)中存在著副反應(yīng)產(chǎn)生的積碳問(wèn)題。加入少量的Na2CO3可不斷消除積碳。請(qǐng)用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)過(guò)程：____，。

(4)已知甲烷臨氧藕合CO2重整反應(yīng)體系中還有反應(yīng)③： 。在密閉容器中，重整反應(yīng)①②③在1073K時(shí)催化下達(dá)到平衡，發(fā)現(xiàn)n(H2)/n(CO)<l，請(qǐng)從平衡移動(dòng)的角度解釋原因____。如果投料時(shí)增加氧氣比例，下列預(yù)測(cè)可能錯(cuò)誤的是____(填編號(hào))。

A．氫氣總產(chǎn)量減少 B．反應(yīng)①的甲烷轉(zhuǎn)化率升高

C．會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng) D．對(duì)反應(yīng)②的平衡無(wú)影響

(5)溫度對(duì)重整反應(yīng)體系中反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率，平衡時(shí)氫氣、一氧化碳和水的物質(zhì)的量影響如圖所示。若CH4與CO2的起始投料相等，則起始時(shí)n(CH4)=___mol，在1000K時(shí)反應(yīng)③的平衡常數(shù)K為____

Answer 1

【答案】-282.7 kJ·mol-1 B C + Na2CO3Na2O + 2CO 溫度較高，反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，利于平衡向逆方向移動(dòng)，生成氫氣量減少；而反應(yīng)③是吸熱反應(yīng)，利于平衡向正方向移動(dòng)，消耗氫氣量增多且CO生成量增多，從而n（H2）/n（CO）小于1 AD 1 3.5

【解析】

（1）通過(guò)蓋斯定律，反應(yīng)①-反應(yīng)②即可解答；

（2）A.根據(jù)和質(zhì)量守恒定律分析；；

B.反應(yīng)前后氣體總體積相等壓強(qiáng)不能判斷平衡，反應(yīng)前后氣體總體積不相等壓強(qiáng)能判斷平衡；

C.各物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)保持不變可判斷平衡；

D.物質(zhì)的變化判斷平衡需要有正反應(yīng)也有逆反應(yīng)，還要符合計(jì)量數(shù)之比；

（3）題干已知反應(yīng)中有Na2O參與反應(yīng)，所以前一步反應(yīng)應(yīng)該是有Na2O生成，再根據(jù)氧化還原寫(xiě)方程式；

（4）n（H2）/n（CO）小于1，那么n（H2）減小，n（CO）增大，利用平衡分析各反應(yīng)如何移動(dòng)使n（H2）減小，n（CO）增大；結(jié)合濃度對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)作答；

（5）由于該體系中存在三個(gè)反應(yīng)，可以通過(guò)設(shè)未知數(shù)解答，利用圖中和三個(gè)反應(yīng)共同的物質(zhì)數(shù)量關(guān)系解未知數(shù)，最后將反應(yīng)③各物質(zhì)的物質(zhì)的量求出，利用平衡常數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出平衡常數(shù)。

（1）反應(yīng)①-反應(yīng)②得 △H=-35.7kJ/mol-247.0kJ/mol=-282.7kJ/mol。答案： △H=-282.7kJ/mol；

（2）A.，氣體總質(zhì)量不變，恒容體積不變，密度保持不變，不能作為判斷平衡的標(biāo)志；

B.反應(yīng)前后氣體體積不同，所以壓強(qiáng)保持不變能作為判斷平衡的標(biāo)志；

C.H2和CO都是生成物，計(jì)量數(shù)之比為1：1，反應(yīng)開(kāi)始后，體積比保持1：1，不能作為判斷平衡的標(biāo)志；

D.消耗lmolCH4是正反應(yīng)方向，生成2mol CO也是正反應(yīng)方向，所以不能作為判斷平衡的標(biāo)志；

答案：B。

（3）從已知反應(yīng)可以知道，加入Na2CO3消除積碳，反應(yīng)會(huì)有Na2O生成，故反應(yīng)方程式為：C + Na2CO3 Na2O + 2CO。答案：C + Na2CO3 Na2O + 2CO；

（4）反應(yīng)②中CO和H2化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1：1，平衡移動(dòng)會(huì)同等程度增大或減小，不影響n(H2)/n(CO)；反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，1073K時(shí)溫度較高，反應(yīng)①平衡向逆方向移動(dòng)，生成氫氣量相對(duì)減少；而反應(yīng)③是吸熱反應(yīng)，利于反應(yīng)③平衡向正方向移動(dòng)，消耗氫氣量增多且CO生成量增多，從而導(dǎo)致n（H2）/n（CO）小于1。投料時(shí)增加氧氣比例，反應(yīng)①正向移動(dòng)，CH4轉(zhuǎn)化率升高，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)②平衡逆向移動(dòng)，氫氣總產(chǎn)量無(wú)法判斷；氧氣比例升高會(huì)與CH4反應(yīng)生成CO2，所以會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)，故A、D錯(cuò)誤。答案：溫度較高，反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，利于平衡向逆方向移動(dòng)，生成氫氣量減少；而反應(yīng)③是吸熱反應(yīng)，利于平衡向正方向移動(dòng)，消耗氫氣量增多且CO生成量增多，從而n（H2）/n（CO）小于1；AD；

（5）設(shè)在1000K時(shí)起始時(shí)的n（CH4）=n（CO2）=xmol，參與反應(yīng)①中各物質(zhì)物質(zhì)的量變化Δn（CH4）=Δn（CO）=1/2Δn（H2）=y mol，參與反應(yīng)②中各物質(zhì)物質(zhì)的量變化Δn（CH4）=Δn（CO2）=1/2Δn（CO）=1/2Δn（H2）=z mol，而在反應(yīng)③中Δn（H2O）=Δn（CO2）=Δn（CO）=Δn（H2）=0.4mol，因?yàn)?/span>，所以，則y=0.4mol；而對(duì)于H2則有2y+2z-0.4=1.3，所以z=0.45；，代入解得x=1mol。在1000K時(shí)反應(yīng)到平衡時(shí)，n（CO2）=0.15mol，n(H2)=1.3mol，n(CO)=1.7mol，n(H2O)=0.4mol，設(shè)容器體積為V，則平衡常數(shù)。答案： 1；3.5。