Question

【題目】甲烷廣泛存在于天然氣、沼氣、煤礦坑氣之中,是優質的氣體燃料,更是制造許多化工產品的重要原料。

Ⅰ．制取氫氣

已知：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） △H=+206.2kJ·mol-1

CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g） △H=+247.4kJ·mol-1

（1）請寫出CH4（g）與H2O（g）反應生成CO2（g）和H2（g）的熱化學方程式___________________

（2）若將0.1mol CH4和0.1mol H2O（g）通入體積為10L的密閉容器里，在一定條件下發生反應：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）,CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖

①已知100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示的平均反應速率_________；

②該反應的化學平衡常數___________________；

③圖中的p1 p2（填“＜”、“＞”或“=”）；

Ⅱ．制備甲醇

（3）在壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與3amol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H＜0。若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是________；

A．升高溫度

B．再充入1mol CO和3mol H2

C．將CH3OH（g）從體系中分離

D．充入He，使體系總壓強增大

E．使用更高效的催化劑

Ⅲ．合成乙酸

（4）甲烷直接合成乙酸具有重要的理論意義和應用價值。光催化反應技術使用CH4和 （填化學式）直接合成乙酸，且符合“綠色化學”的要求（原子利用率100℅）。

Answer 1

【答案】（1）CH4（g）+2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）△H＝+165.0kJmol-1

（2）①V(H2)=0.003mol/(L.min)②6.75×10-4(mol/L)2③＜（3）BC（4）CO2

【解析】

試題分析：（1）已知：①CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ·mol-1

②CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ·mol-1

由蓋斯定律可知①×2-②得CH4（g）+2H2O（g）CO2（g）+4H2（g）△H＝+165.0kJmol-1；

（2）將0.1molCH4和0.1molH2O（g）通入體積為10L的密閉容器里，在一定條件下發生反應CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），由圖像可知100℃甲烷轉化率為50%，故參加反應的甲烷為0.mol×50%=0.05mol，則：

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

起始量（mol） 0.1 0.1 0 0

變化量（mol） 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡量（mol）： 0.05 0.05 0.05 0.15

①100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示該反應的平均反應速率＝0.003mol/(L.min)；

②該溫度下反應的平衡常數K＝＝6.75×10-4(mol/L)2；

通過圖像可知當溫度相同時，p2→p1時，甲烷的轉化率提高，平衡向正向移動，正向為氣體系數增大的反應，根據減小壓強平衡向系數增大的方向移動可知：p1＜p2；

（3）A．該反應是放熱的，升高溫度，平衡逆向進行，會減小甲醇產率，A錯誤；B．再充入1mol CO和3molH2，增大壓強，平衡右移，有利提高甲醇的產率，B正確；C．將CH3OH（g）從體系中分離，會促使平衡正向移動，提高甲醇的產率，C正確；D．充入He，使體系總壓強增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會移動，不會改變甲醇產率，D錯誤；E.催化劑不能平衡狀態，甲醇的產率不變，E錯誤，答案選BC。

（4）根據乙酸的分子式CH3COOH和CH4，依據原子守恒可知另一種反應物是CO2。