Question

氫氣將會成為21世紀最理想的能源又是重要的化工原料，用甲烷制氫是一種廉價的制氫方法．有關的熱化學方程式如下：
CH₄（g）+

1

2

O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）；△H=-36kJ/mol…①
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H=+216kJ/mol…②
（1）下列說法不正確的是

 

．
A．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ/mol
B．當反應①中υ（CH₄）_正=υ（CO）_正時，表明該反應達平衡狀態(tài)
C．其它條件不變時，增大體系壓強，反應①②中甲烷的轉化率均增大
D．為維持恒定溫度（不考慮熱量損失），某反應器中同時發(fā)生反應①與②時，消耗甲烷的物質的量之比為6：1
（2）工業(yè)上常采用甲烷與水蒸氣作用制氫氣，為何不用其他的烴與水蒸氣作用制取氫氣？

 

．
（3）工業(yè)上將CH₄和水蒸氣反應后的混合氣體，再進行CO（g）+H₂O（g）?H₂ （g）+CO₂（g）△H＜0，再在1000℃下，用過高壓水蒸氣洗滌混合氣體，再經過處理后即可直接作為合成氨的原料氣．高壓高溫處理的理由是：

 

．
（4）某研究機構擬利用反應②產生的原料氣，先分離出H₂合成氨，再利用下列反應合成尿素：

該工藝的優(yōu)點是

 

（列舉一條）．
（5）某溫度下，在100L反應器中充入甲烷和水蒸汽的分別為100mol和300mol時，假定只發(fā)生反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．當甲烷的轉化率為0.5時，此時平衡常數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,化學平衡的調控作用

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）A．由反應②-①可計算H₂O（g）=H₂（g）+

1

2

O₂（g）的△H，氣態(tài)水的能量比液態(tài)水能量高；
B．速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比表面的是正反應速率之比；
C．反應均為氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡逆向移動；
D、維持恒定溫度，吸收與放出的熱量相等；
（2）甲烷中含H量高，且來源廣；
（3）依據(jù)化學反應速率和反應物的轉化率，生成物的溶解性分析判斷條件的選擇；
（4）依據(jù)流程分析，工藝的優(yōu)點：充分利用原料氣中的CO和H₂；常溫常壓下合成可節(jié)約能源，經濟效益高；實現(xiàn)循環(huán)生產，符合綠色化學理念；
（5）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始 1        3        0        0
轉化0.5      0.5      0.5      1.5
平衡0.5      2.5      0.5      1.5
K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比．

解答： 解：（1）A．由反應②-①可計算H₂O（g）=H₂（g）+

1

2

O₂（g）的△H=+252kJ?mol^-1，則2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ?mol^-1，氣態(tài)水的能量比液態(tài)水能量高，故A錯誤；
B．當反應①中υ（CH₄）_正=υ（CO）_正時，依據(jù)速率子環(huán)比等于化學方程式計量數(shù)之比，是正反應速率之比，不能表明該反應達平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應均為氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡逆向移動，所以反應①②中甲烷的轉化率均減小，故C錯誤；
D、維持恒定溫度，吸收與放出的熱量相等，則反應器中同時發(fā)生反應①與②時，消耗甲烷的物質的量之比為

216

36

=6：1，故D正確；
故答案為：ABC；
（2）甲烷中含H量高，且來源廣，其優(yōu)點為①甲烷來源豐富制氫成本低；②甲烷比其它烴的含氫量高，等質量烴制氫時用甲烷的收率是最高的，
故答案為：①甲烷來源豐富制氫成本低；②甲烷比其它烴的含氫量高，等質量烴制氫時用甲烷的收率是最高的；
（3）CO（g）+H₂O（g）?H₂ （g）+CO₂（g）△H＜0，再在1000℃下，用過高壓水蒸氣洗滌混合氣體，再經過處理后即可直接作為合成氨的原料氣．高壓高溫處理的理由是高溫用利于提高反應速率，過高壓水蒸氣有利于平衡正向進行，提高一氧化碳轉化率，生成的二氧化碳中等溶解性；
故答案為：高溫有利于提高反應速率，過高壓水蒸氣條件下CO轉化率增大，且二氧化碳在水中的溶解度也增大；
（4）依據(jù)流程分析，工藝的優(yōu)點：充分利用原料氣中的CO和H₂；常溫常壓下合成可節(jié)約能源，經濟效益高；實現(xiàn)循環(huán)生產，符合綠色化學理念；
故答案為：充分利用原料氣中的CO和H₂；或常溫常壓下合成可節(jié)約能源，經濟效益高；或實現(xiàn)循環(huán)生產，符合綠色化學理念；
（5）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始  1        3        0        0
轉化0.5      0.5       0.5      1.5
平衡0.5      2.5       0.5      1.5
K=

0.5×1．53

0.5×2.5

=1.35；
故答案為：1.35．

點評：本題考查了熱化學方程式的應用，生成過程分析判斷，平衡常數(shù)計算分析應用，主要是分析流程的特征和優(yōu)點是解題關鍵，題目難度中等．