Question

（16分）工業(yè)上可用煤制天然氣，生產(chǎn)過程中有多種途徑生成CH4。

（1）寫出CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O的熱化學(xué)方程式 。

已知： ① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH＝－41kJ·mol－1

② C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH＝－73kJ·mol－1

③ 2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171kJ·mol－1

（2）另一生成CH4的途徑是CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。其他條件相同時，H2的平衡轉(zhuǎn)化率在不同壓強下隨溫度的變化如圖所示。

①該反應(yīng)的△H 0（填“＜”、“＝”或“＞”）。

②實際生產(chǎn)中采用圖中M點而不是N點對應(yīng)的反應(yīng)條件，運用化學(xué)反應(yīng)速率和平衡知識，同時考慮生產(chǎn)實際，說明選擇該反應(yīng)條件的理由________________________。

③某溫度下，將0.1 mol CO和0.3 mol H2充入10L的密閉容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)，平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為80%，求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K。（寫出計算過程，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

 

Answer 1

（1）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－162kJ·mol－1 （3分，熱化學(xué)方程式2分，數(shù)據(jù)1分）

（2）①＜ （3分）

②相對于N點而言，采用M點，溫度在500-600K之間，溫度較高，反應(yīng)速率較快，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率也較高，壓強為常壓對設(shè)備要求不高。 （3分）

③（7分）

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

起始時各物質(zhì)濃度/ mol·L－1： 0.01 0 .03 0 0

平衡時各物質(zhì)濃度/ mol·L－1 0.002 0.006 0.008 0.008

（以上3分）

K＝＝＝0.148×106

（1分） （1分） （2分，數(shù)據(jù)和單位各1分）

【解析】

試題分析：

⑴先寫出該反應(yīng)的方程式，并標明各物質(zhì)的狀態(tài)：CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）；將“②+③-①×2”能得該反應(yīng)方程式，再根據(jù)蓋斯定律可計算該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H＝（-73kJ?mol-1）+（-171kJ?mol-1）-（-41kJ?mol-1）×2＝-162kJ?mol-1，綜上便可寫出完整的熱化學(xué)方程式。

⑵①由圖可知，壓強一定時，升高溫度，平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0；

②相對于N點而言，采用M點，溫度在500-600K之間，溫度較高，反應(yīng)速率較快，氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率也較高，壓強為常壓對設(shè)備要求不高；

③平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為80%，參加反應(yīng)氫氣的物質(zhì)的量=0.3mol×80%=0.24mol，則氫氣的濃度變化量==0.024mol/L，然后結(jié)合三段分析如下：

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

開始（mol/L）：0.01   0.03     0       0

變化（mol/L）：0.008  0.024   0.008    0.008

平衡（mol/L）：0.002    0.006  0.008     0.008

故平衡常數(shù)K＝＝＝0.148×106 。

考點：考查蓋斯定律、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡。