Question

【題目】甲烷是天然氣的主要成分，是一種重要的清潔能源和化工原料。

（1）用煤制天然氣時會發生多個反應，通過多種途徑生成CH4。

已知：C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-73kJ·mol-1

2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH=-171 kJ·mol-1

CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O (g) ΔH=-203 kJ·mol-1

寫出CO與H2O (g)反應生成H2和CO2的熱化學方程式____________________________________。

（2）天然氣中含有H2S雜質，某科研小組用氨水吸收得到NH4HS溶液，已知T℃k（NH3H2O）=1.74×10-5，k1(H2S)=1.07×10-7，k2(H2S)=1.74×10-13，NH4HS溶液中所含粒子濃度大小關系正確的是______________。

a.c(NH4+)＞c(HS-)＞c(OH-)＞c(H+) b. c(HS-)＞c(NH4+)＞c(S2-)＞c(H+)

c.c(NH4+)＞c(HS-)＞c(H2S)＞c(H+) d.c(HS-)＞c(S2-)＞c(H+)＞c(OH-)

（3）工業上常用CH4與水蒸氣在一定條件下來制取H2，其原理為：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。

①一定溫度時，在一個體積為2L的恒容密閉容器中，加入1molCH4和1.4mol水蒸氣發生上述反應，5min后達平衡，生成0.2molCO，用H2表示該反應的速率為_______________，此反應的平衡常數為__________________(結果保留到小數點后三位)

②下列說法中能說明此反應達到平衡狀態的是____________。

A.體系的壓強不再發生變化 B.生成1mol CH4的同時消耗3mol H2

C.各組分的物質的量濃度不再改變 D.體系的密度不再發生變化

E.反應速率V(CH4) :V(H2O) :v(CO) :v(H2)= 1:1:1:3

（4）甲醇水蒸氣重整制氫反應：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g) +3H2(g) ΔH = +49kJ·mol-1

①分析適當增大水醇比[n(H2O) ∶n (CH3OH)]對甲醇水蒸氣重整制氫的好處____________。

②某溫度下，將[n(H2O) ∶n (CH3OH)]=l∶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______________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+H2O(g)H2(g)+ CO2(g)△H＝-41kJmol-1 ac 0.06 mol·L-1·min-1 0.011 （mol2·L-2） AC 有利于提高甲醇的轉化率，從而提高氫氣的產率

【解析】（1）已知：

①C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-73kJ·mol-1

②2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH=-171 kJ·mol-1

③CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O (g) ΔH=-203 kJ·mol-1

根據蓋斯定律可知①+②－③即得到CO與H2O(g)反應生成H2和CO2的熱化學方程式為CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)△H＝-41kJmol-1。

（2）根據電離平衡常數知，一水合氨電離程度大于硫化氫電離程度，所以NH4HS溶液中銨根離子水解程度小于HS-水解程度，溶液呈堿性，則c(OH-)＞c(H+)，但銨根離子和HS-離子水解程度都較小，所以離子濃度大小順序是c(NH4+)＞c(HS-)＞c(OH-)＞c(H+)；根據H2S的電離常數可判斷HS-離子的水解程度大于其電離程度，所以還存在c(NH4+)＞c(HS-)＞c(H2S)＞c(H+)，答案選ac；（3）①5min后達平衡，生成0.2molCO，則同時生成氫氣是0.6mol，因此用H2表示該反應的速率為＝0.06 mol·L-1·min-1。平衡時剩余甲烷是0.8mol，水蒸氣是1.2mol，因此甲烷、水蒸氣、CO和氫氣的濃度分別是（mol/L）0.4、0.6、0.1、0.3，此反應的平衡常數為。②A.正反應體積增大，體系的壓強不再發生變化說明反應達到平衡狀態，A正確；B.生成1molCH4的同時消耗3molH2均表示逆反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，B錯誤；C.各組分的物質的量濃度不再改變說明反應達到平衡狀態，C正確；D.密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，體系的密度不再發生變化不能說明反應達到平衡狀態，D錯誤；E.反應速率V(CH4):V(H2O):v(CO):v(H2)=1:1:1:3不能說明反應達到平衡狀態，E錯誤；答案選AC；（4）①適當增大水醇比[n(H2O)∶n(CH3OH)]有利于提高甲醇的轉化率，從而提高氫氣的產率。②根據方程式可知

CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)

起始量（mol） 1 1 0 0

轉化量（mol） n n n 3n

平衡量（mol） 1－n 1－n n 3n

則，解得，所以平衡時甲醇的轉化率為×100%。