Question

【題目】以甲醇為原料制取高純H2是重要的研究方向。回答下列問題：

（1）甲醇水蒸氣重整制氫主要發生以下兩個反應。

主反應：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) △H＝＋49kJ·mol－1

副反應：H2(g)＋CO2(g) CO(g)＋H2O(g) △H＝＋41kJ·mol－1

①甲醇在催化劑作用下裂解可得到H2和CO，反應的熱化學方程式為__________________，既能加快反應速率又能提高CH3OH平衡轉化率的一種措施是_________________________。

②適當增大水醇比[n(H2O)：n(CH3OH)]，有利于甲醇水蒸氣重整制氫，理由是___________。

③某溫度下，將n(H2O)：n(CH3OH)＝1：1的原料氣充入恒容密閉容器中，初始壓強為p1，反應達到平衡時總壓強為p2，則平衡時甲醇的轉化率為_________________（忽略副反應）。

（2）工業上常用CH4與水蒸氣在一定條件下來制取H2，其反應原理為：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H＝＋203kJ·mol－1，在容積為3L的密閉容器中通入物質的量均為3mol的CH4和水蒸氣，在一定條件下發生上述反應，測得平衡時H2的體積分數與溫度及壓強的關系如圖所示。

壓強為p1時，在N點：v正_______v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，N點對應溫度下該反應的平衡常數K＝________mol2·L－2。

Answer 1

【答案】CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H＝+90kJ/mol 升高溫度 提高甲醇的轉化率，并有利于抑制CO的生成 （p2/p1-1）×100% 大于 48

【解析】

（1）根據蓋斯定律確定熱化學方程式；再利用三段式進行計算；

（2）根據圖像，N點向上移動到60%時，達到平衡狀態，正向移動；利用平衡時各物質的濃度根據方程式計算K。

（1）①根據蓋斯定律，主反應+副反應即可得到CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H＝+90kJ/mol；提高CH3OH平衡轉化率需要平衡正向移動，反應為吸熱反應，升高溫度即可提高反應速率，又可提高甲醇的轉化率；

②適當增大水醇比[n(H2O)：n(CH3OH)]，可使副反應逆向移動，減少CO的生成，增大甲醇的轉化率；

③ CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)

初始：1 1

反應：x x x 3x

平衡：1-x 1-x x 3x

在恒溫、恒容密閉中，壓強之比等于物質的量之比，2：（2+2x）=p1：p2；解得x=p2/p1-1，甲醇的轉化率=x/1×100%=（p2/p1-1）×100%；

（2）根據圖像可知，壓強為p1時，氫氣的體積分數為60%時，反應達到平衡狀態，即生成氫氣的物質的量增大，平衡正向移動，則v正大于v逆；平衡時氫氣的體積分數為60%，則

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

初始：3 3

反應：x x x 3x

平衡：3-x 3-x x 3x

3x/（6+2x）=60%，解得x=2，平衡時，各物質的濃度分別為1/3mol/L、1/3mol/L、2/3mol/L、2mol/L，K=2/3×23/（1/3×1/3）=48。