Question

【題目】合成氣（CO+H2）廣泛用于合成有機物，工業上常采用天然氣與水蒸氣反應等方法來制取合成氣。

（1）已知標況下，5.6LCH4與水蒸氣完全反應時吸收51.5KJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式____；

（2）在150℃時2L的密閉容器中，將2 mol CH4和2 mol H2O(g)混合，經過15min達到平衡,此時CH4的轉化率為60%。回答下列問題：

①從反應開始至平衡，用氫氣的變化量來表示該反應速率v(H2)=____。

②在該溫度下，計算該反應的平衡常數K＝____。

③下列選項中能表示該反應已達到平衡狀態的是____

A．v(H2)逆＝3v (CO)正 B．密閉容器中混合氣體的密度不變

C．密閉容器中總壓強不變 D．C (CH4) = C (CO)

（3）合成氣中的氫氣也用于合成氨氣：N2 + 3H22NH3。保持溫度和體積不變， 在甲、乙、丙三個容器中建立平衡的相關信息如下表。則下列說法正確的是____；

容 器	體積	起始物質	平衡時NH3的物質的量	平衡時N2的 體積分數	反應開始時的速率	平衡時容器內壓強
甲	1L	1molN2+3molH2	1.6mol	φ甲	ν甲	P甲
乙	1L	2molN2+6molH2	n1 mol	φ乙	ν乙	P乙
丙	2L	2molN2+6molH2	n2 mol	span>φ丙	ν丙	P丙

A．n1=n2=3.2 B．φ甲=φ丙＞φ乙 C．ν乙＞ν丙＞ν甲 D．P乙＞P甲=P丙

（4）合成氣制甲醚的反應方程式為2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3（g）+ H2O(g) △H = b kJ/mol。有研究者在催化劑（Cu—Zn—Al—O和A12O3)、 壓強為5.OMPa的條件下，由H2和CO直接制備甲醚，結果如下圖所示。

① 290℃前，CO轉化率和甲醚產率的變化趨勢不一致的原因是____；

② b____0，（填“＞”或“＜”或“=”）理由是____。

Answer 1

【答案】 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206 kJ/mol 0.12mol.L-1.min-1 21.87 AC BD 有副反應發生 ＜ 平衡后，升高溫度，產率降低

【解析】（1）標況下，5.6LCH4的物質的量為=0.25mol，故1mol CH4與水蒸氣完全反應生成合成氣的反應熱為+=++206 kJ/mol，根據反應方程式可知，該反應的熱化學方程式為：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+206 kJ/mol；

（2） CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

開始時的濃度（mol/L） 1 1 0 0

改變的濃度（mol/L） 0.6 0.6 0.6 1.8

平衡時的濃度（mol/L） 0.4 0.4 0.6 1.8

①v(H2)= ==0.12mol.L-1.min-1；②K＝== 21.87mol2L-2；③A．v(H2)逆＝3v (CO)正，根據反應速率之比等于化學計量數之比有v(H2)正＝3v (CO)正，故v(H2)逆＝v(H2)正，反應已達到平衡狀態，選項A選；B．參與反應的物質均為氣體，氣體的總質量不變，反應在恒容條件下進行，故密度始終保持不變，密閉容器中混合氣體的密度不變，不能說明反應已達到平衡狀態，選項B不選；C．同溫同壓下，氣體的壓強與氣體的物質的量成正比，該反應正反應為氣體體積增大的反應，密閉容器中總壓強不變，則總物質的量不變，說明反應已達到平衡狀態，選項C選； D．反應開始時加入2 mol CH4和2 mol H2O(g)，反應過程中兩者的物質的量始終保持相等， C (CH4) = C (CO) 不能說明反應已達到平衡狀態，選項D不選。答案選AC；（3）根據表中數據知，甲丙中各反應物的濃度相等，所以相當于等效平衡，平衡時N2的體積分數相等；乙中各反應物濃度是甲的2倍，且壓強大于甲，增大壓強，平衡向氣體體積縮小的方向移動，所以平衡時乙中N2的體積分數小于甲；A．甲丙中各反應物的濃度相等，n1= 3.2，乙壓強大于甲乙，平衡正向移動，n2＞ 3.2，選項A錯誤；B．甲丙為等效平衡，平衡時N2的體積分數相等φ甲 =φ丙，乙壓強大，平衡正向移動，平衡時乙中N2的體積分數小于甲，故φ甲 =φ丙＞φ乙，選項B正確； C．甲丙中各反應物的濃度相等，為等效平衡，反應速率相等，ν丙=ν甲，乙中各反應物濃度平衡時接近甲丙的二倍，反應速率較大，ν乙＞ν丙=ν甲，選項C錯誤；D．體積相同的容器中，甲丙等效，單位體積氣體總物質的量濃度相同，壓強相等P甲 =P丙，乙中平衡時單位體積氣體總物質的量接近甲丙的二倍，P乙＞P甲 =P丙，選項D正確。答案選BD；（4）① 290℃前，CO轉化率隨溫度升高而降低，根據反應2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3（g）+ H2O(g)可知甲醚是生成物，產率應該降低，但反而增大，證明還有另外的反應生成甲醚，即CO的轉化率和甲醚產率的變化趨勢不一致的原因是有副反應發生；②根據圖中信息可知，平衡后，升高溫度，產率降低，平衡向逆反應方向移動，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，△H = b＜ 0。