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(shí)會(huì)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)，通過(guò)多種途徑生成CH4。

已知：C（s）十2H2（g） CH4（g） △H=－73kJ/mol

2CO（g） C（s）+CO2（g） △H=－171kJ/mol

CO（g）十3H2（g） CH4（g）+H2O（g） △H=－203kJ/mol。

寫出CO（g） 與H2O（g） 反應(yīng)生成H 2（g） 和CO2（g） 的熱化學(xué)方程式____________。

（2）天然氣中含有H2S雜質(zhì)，某科研小組用氨水吸收得到NH4HS溶液，已知T℃k（NH3·H2O） =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(guān)系正確的是____________。

A c（NH4+）>c（HS－）>c（OH－） >c（H+）

B c（HS－） > c（NH4+）> （S2－） >c（H+）

C c（NH4+）>c（HS－） >c（H2S） >c（H+）

D c（HS－） >c（S2－） >c（H+）>c（OH－）

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

①一定溫度時(shí)， 在一個(gè)體積為2L的恒容密閉容器中， 加入1molCH4和1.4mol水蒸氣發(fā)生上述反應(yīng)， 5min后達(dá)平衡， 生成0.2mol CO， 用H2表示該反應(yīng)的速率為____________。此反應(yīng)的平衡常數(shù)為____________（結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后三位）。

②下列說(shuō)法中能說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____________。

A 體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化

B 生成1molCH4的同時(shí)消耗3molH2

C 各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變

D 體系的密度不再發(fā)生變化

E 反應(yīng)速率V（CH4）：V（H2O）：u（CO）：u（H2）=1：1：1：3

（4）甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)：CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g） ΔH=+49kJ/mol。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?jí)簭?qiáng)為p1，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)總壓強(qiáng)為p2，則平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為____________。

Answer 1

【答案】CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) △H=41 kJmol1 ac 0.06 molL1min1 0.011 AC

【解析】

⑴C(s)+2H2(g)CH4(g) △H=73 kJmol1①；2CO(g) C(s)+CO2(g) △H=171 kJmol1②；CO(g) +3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=203 kJmol1③；將方程式①+②③得CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)，焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變。

⑵根據(jù)電離平衡常數(shù)知，一水合氨電離程度大于硫化氫電離程度，所以NH4HS溶液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+)，但銨根離子和硫化氫離子水解程度都較小；硫氫根離子水解程度大于其電離程度。

⑶①根據(jù)三段式來(lái)計(jì)算；②A．反應(yīng)達(dá)平衡之前，體系的壓強(qiáng)在逐漸增大；B．生成1molCH4時(shí)一定同時(shí)消耗3mol H2；C．在反應(yīng)達(dá)平衡之前，各組分的物質(zhì)的量濃度在變；D．此反應(yīng)是個(gè)氣體的質(zhì)量和體積不變的反應(yīng)；E．反應(yīng)速率V(CH4)：V(H2O)：v(CO)：v(H2)=1：1：1：3恒成立。

⑷恒溫恒容下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，計(jì)算平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量，再利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)甲醇的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算甲醇的轉(zhuǎn)化率。

⑴C(s)+2H2(g)CH4(g) △H=73kJmol1①；2CO(g) C(s)+CO2(g) △H=171 kJmol1②；CO(g) +3H2(g)CH4(g)+H2O(g) △H=203 kJmol1③；將方程式①+②③得CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) △H=(73 kJmol1)+(171 kJmol1)(203 kJmol1)=41 kJmol1；故答案為：CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g) △H=41 kJmol1。

(2)根據(jù)電離平衡常數(shù)知，一水合氨電離程度大于硫化氫電離程度，所以NH4HS溶液銨根離子水解程度小于HS水解程度,溶液呈堿性，則cOH)>c(H+)，但銨根離子和硫化氫離子水解程度都較小，所以離子濃度大小順序是c(NH4+4)>c(HS)>c(OH)>c(H+)，硫氫根離子水解程度大于其電離程度，所以還存在c(NH4+4)>c(HS)>c(OH)>c(H+)。故選ac。

(3)①在一個(gè)體積為2L的恒容密閉容器中，加入1molCH4和1.4mol水蒸氣發(fā)生上述反應(yīng)，5s后達(dá)平衡，生成0.2molCO，根據(jù)三段式可有：

則用H2表示該反應(yīng)的速率為；此反應(yīng)的平衡常數(shù)；故答案為：0.06 molL1min1；0.011。

②②A. 反應(yīng)達(dá)平衡之前，體系的壓強(qiáng)在逐漸增大，故當(dāng)體系壓強(qiáng)不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，故A正確；B. 生成1mol CH4時(shí)一定同時(shí)消耗3mol H2，是必然的關(guān)系，不能作為平衡的標(biāo)志，故B錯(cuò)誤；C. 在反應(yīng)達(dá)平衡之前，各組分的物質(zhì)的量濃度在變，故當(dāng)各組分的濃度不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，故C正確；D. 此反應(yīng)是個(gè)氣體的質(zhì)量和體積不變的反應(yīng)，故氣體的密度ρ=m÷V(容)，密度一直不變，故不能作為平衡的標(biāo)志，故D錯(cuò)誤；E. 反應(yīng)速率υ(CH4):υ(H2O): υ(CO): υ(H2)=1:1:1:3恒成立，與反應(yīng)達(dá)不達(dá)平衡沒(méi)有關(guān)系，故不能作為平衡的標(biāo)志，故E錯(cuò)誤；故選AC。

(4)設(shè)起始n(H2O)=n(CH3OH)=1mol，恒溫恒容下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量，，，解得，因此轉(zhuǎn)化率為，故答案為：。