【題目】CH4和H2O在一定條件下, 可以轉化為合成一系列有機化合物、氨的重要原料(CO+H2),這種方法稱作甲烷水蒸氣重整法制合成氣,其能量變化如圖:

(1)甲烷水蒸氣重整法制合成氣的熱化學方程式為_______;該反應只有在_____(填“高溫”、“低溫”或“常溫”)才自發(fā)進行。

(2)下列有關甲烷水然氣重整法制合成氣的說法正確的是_____(填字母)。

A.相同條件下,該反應的逆反應更易發(fā)生

B.恒溫恒容時充入一定量CO2,可促進CH4轉化并可調節(jié)CO和H2的比例

C.若反應的高效催化劑為A,則A一定是CO和H2合成CH4的高效催化劑

D.恒溫時向上述平衡體系中充入少量Ar,平衡一定不移動

E.有副反應:H2O+COCO2+H2

(3)在恒容密閉容器中充入2mol的CH4和H2O(g)混合氣體,且CH4和H2O(g)的物質的量之比為x,相同溫度下測得H2平衡產(chǎn)率與x的關系如圖所示。請問a、b兩點比較(填“>”、“<”、“=”);CH4的轉化率a點____b點,a點CH4的濃度_____b點H2O(g)的濃度,氫氣的產(chǎn)率a點_____b點。

(4)當充入CH4和H2O(g)物質的量之比1:2.2時,溫度、壓強p對平衡時CO體積分數(shù)φ(CO)的影響如圖,則壓強由大到小的排序是_____;當T<450℃和T≥1000℃時,壓強p對φ(CO)幾乎無影響的原因是_____________________。

(5)在下圖左室充入1molCH4和H2O(g)混合氣體(物質的量之比為1:1),恒溫條件下反應建立平衡,測得CH4的轉化率為50%,則其平衡常數(shù)為_________

【答案】 CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)ΔH=+206.1 kJ/mol 高溫 ABCE > = = p3>p2>p1 T<450℃時,幾乎不反應,所以壓強的改變對φ(CO) 幾乎無影響;當T≥1000℃時,φ(CO)已經(jīng)很大,甲烷的轉化率已經(jīng)達到了90%以上,所以壓強的改變對φ(CO)影響很小。 0.75

【解析】(1)本題考查熱化學反應方程式的書寫,以及反應反應方向的進行,根據(jù)能量變化圖,熱反應方程式為CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=(240.1-34.0)kJ·mol-1=+206.1kJ·mol-1;根據(jù)△G=△H-T△S,此反應是吸熱反應,即△H<0,此反應是熵增,即△S>0,因此能自發(fā)進行,△G<0,即在高溫下;(2)本題考查影響化學反應速率的因素,A、根據(jù)圖像,逆反應的活化能小,因此逆反應更易發(fā)生,故A正確;B、反應體系中存在CO+H2O CO2+H2反應,恒溫恒容時充入一定量的CO2,可促進產(chǎn)物中H2反應,提高CH4的平衡轉化率,并適當減少H2的物質的量,增加CO的物質的量,調節(jié)CO和H2的比例,故B正確;C、使用催化劑降低反應的活化能,某可逆反應的正反應使用催化劑一定也是逆反應的催化劑,故C正確;D、恒溫恒容時充入非反應氣體,組分的濃度不變,平衡不移動,如果是恒溫恒壓下,充入非反應氣體,組分的濃度降低,平衡正向移動,故D錯誤;E、反應體系中存在CO+H2O CO2+H2反應,故E正確;(3)本題是影響化學平衡移動的因素以及化學平衡的計算,x越大,甲烷的量越多,因此甲烷的轉化率降低,即a點甲烷的轉化率大于b點甲烷轉化率;當比值為9:11,設甲烷為9mol,H2O為11mol, CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

起始:9 11 0 0

變化:x x x 3x

平衡:9-x 11-x x 3x 氫氣的體積分數(shù)為3x/(20+2x) 當比值為11:9,設甲烷為11mol,H2O為9mol,

CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

起始:11 9 0 0

變化:y y y 3y

平衡:11-y 9-y y 3y 氫氣的體積分數(shù)為3y/(20+2y),因為在a點和b點,氫氣的體積分數(shù)相等,即推出x=y,a點甲烷的濃度等于b點水蒸氣的濃度;兩點的氫氣產(chǎn)率相等;(4)考查影響化學平衡移動的因素,相同溫度下增大壓強,平衡向逆反應方向移動,CO的體積分數(shù)減小,則壓強p3>p2>p1;當T<450℃時,幾乎不反應,所以壓強的改變對φ(CO) 幾乎無影響;當T≥1000℃時,φ(CO)已經(jīng)很大,甲烷的轉化率已經(jīng)達到了90%以上,所以壓強的改變對φ(CO)影響很。唬5)考查化學平衡常數(shù)的計算CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

起始:0.5 0.5 0 0

變化:0.25 0.25 0.25 0.75

平衡:0.25 0.25 0.25 0.75 等溫等壓下,體積之比等于物質的量之比,達到平衡后,容器的體積為1.5L,根據(jù)平衡常數(shù)的定義,K=c3(H2)×c(CO)/[C(CH4)×c(H2O)],代入數(shù)值,解得K=0.75。

練習冊系列答案
相關習題

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】在國際相對原子質量表上查得碳的相對原子質量是12.01,這里的12.01是指(
A.碳元素的平均相對原子質量
B.碳原子質量
C.同位素C﹣12的行相原子質量
D.C﹣12的質量數(shù)

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】下列固態(tài)物質中,含有共價鍵的離子晶體是

A. KBr B. NaOH C. HCl D. I2

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】CH3CH2CH=CH2是來自石油基本化工原料,現(xiàn)有如下轉化關系:

己知:C為醛

(l)上述各步反應中所屬反應類型分別為:______,______,______,______,______。

(2)A、B、C、D、G中官能團名稱____________,______,______,______。(官能團,是決定有機化合物的化學性質的原子或原子團。)

(3)BD反應進行比較緩慢,請說出提高該反應速率的2種方法___________。

(4)寫出屬于醇但不能被O2催化氧化生成醛的B的所有同分異構體的結構簡式________

(5)寫出除外的各步反應的化學方程式:

① A→B:______________;

② B→C: ______________

④ B+足量D→G: ______________;

⑤ G+ Na0H→B+E: ______________;

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】鈉與水反應時的現(xiàn)象中與鈉的下列性質無關的是

A.鈉的熔點低 B.鈉的密度小 C.鈉的硬度小 D.有強還原性

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】A~G是幾種烴分子的球棍模型(如圖),據(jù)此回答下列問題:

(1)常溫下含氫量最高的烴是(填對應字母)________________;

(2)能夠發(fā)生加成反應的烴有(填數(shù)字)________種;

(3)G與濃硝酸和濃硫酸的混酸共熱生成的淡黃色晶體的名稱(用系統(tǒng)命名法命名)__________;(不允許寫簡稱)

(4)寫出A失去一個氫原子形成的甲基的電子式______________________;

(5)寫出F發(fā)生溴代反應的化學方程式:______________________

(6)寫出實驗室制取D的化學方程式__________________________

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】某蛋白質由2條肽鏈、n個氨基酸組成。該蛋白質至少含有氧原子多少個

A. n2 B. n4 C. n2 D. n4

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】某探究小組用HNO3 與大理石反應過程中質量減小的方法研究影響反應速率的因素。所用HNO3濃度為1.00mol/L、2.00mol/L,大理石有細顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格,實驗溫度為298K、308K,每次實驗HN03 的用量為25.0mL、大理石用量為10.00g

1)請完成以下實驗設計表,在實驗目的一欄中填出對應的實驗編號:

試驗編號

T/K

大理石規(guī)格

HNO3濃度mol/L

實驗目的

298

粗顆粒

2.00

實驗①和②探究HNO3 濃度對該反應速率的影響;

(II)實驗①和____探究溫度對該反應速率的影響;

(III)實驗①和____探究大理石規(guī)格(粗、細)對該反應速率的影響。

298

粗顆粒

1.00

308

粗顆粒

2.00

298

細顆粒

2.00

2)實驗①中CO2質量隨時間變化的關系見圖:

依據(jù)反應方程式CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+CO2↑+H2O,計算實驗①在7090s范圍內HNO3的平均反應速率_______。(忽略溶液體積變化)

3)請在上圖中,畫出實驗②和③中CO2質量隨時間變化關系的預期結果示意圖,并標出線的序號_______。

4)工業(yè)上己實現(xiàn)CO2H2反應生成甲醇的轉化。己知:在一恒溫、恒容密閉容器中充入1mol CO23molH2,一定條件下發(fā)生反應:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。測得CO2CH3OH (g)的濃度隨時間變化如下圖所示。請回答:

①達到平衡時H2的轉化率為_______。在前10min內,用CO2表示的反應速率:V(CO2)=______mol/(L·min)

②能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是_______。

a.容器壓強不變 b.混合氣體中c(CO2)不變

c. v(CH3OH)v(H2O) d. c(CH3OH)=c(H2O)

查看答案和解析>>

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】設NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值,下列有關敘述正確的有( )

①標準狀況下,20 g 重水(D2O)中含有的電子數(shù)為 10NA

②0.5 molFe2+被足量的 H2O2 溶液氧化,轉移 0.5NA個電子

③將 2 mol NO 和 1 mol O2 混合后,體系中的分子總數(shù)為 3NA

④乙烯和環(huán)丙烷組成的 42 g 混合氣體中氫原子的個數(shù)為 6NA

⑤2 molL﹣1 碳酸鈉溶液中 Na+的數(shù)目是 2NA

⑥10LpH=1 的硫酸溶液中含有的 H+數(shù)為 2NA

⑦22.4 L 的 N2 的共用電子對數(shù)為 3NA

⑧將 0.1mol 氯化鐵溶于 1L 水中,所得溶液含有 NA0.1個 Fe3+

A.①④⑥ B.②③④ C.①②④ D.①②④⑧

查看答案和解析>>

同步練習冊答案