Question

【題目】天然氣水蒸汽重整法是工業上生產氫氣的重要方法，反應在 400℃以上進行。l 00kPa 時，在反應容器中通入甲烷與為水蒸汽體積比為1 : 5的混合氣體，發生下表反應。

反應方程式	焓變△H(kJ/mol)	600℃時的平衡常數
①CH4(g)+ H2O(g)CO(g)+3H2(g)	a	0.6
②CH4(g)+ 2H2O(g) CO2(g)+4H2 (g)	+165.0	b
③CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2 (g)	-41.2	2.2

請回答下列下列問題：

（1）上表中數據 a=__________; b= ___________ 。

（2）對于反應②，既能加快反應又能提高CH4轉化率的措施是_____________。

A.升溫 B.加催化劑 C.加壓 D.吸收CO2

（3）下列情況能說明容器中各反應均達到平衡的是___________。

A.體系中H2O與CH4物質的量之比不再變化

B.體系中H2的體積分數保持不變

C.生成n 個CO2的同時消耗2n個H2O

D. v正(CO)= v逆(H2)

（4）工業重整制氫中，因副反應產生碳會影響催化效率，需要避免溫度過高以減少積碳。該體系中產生碳的反應方程式為 _______________。

（5）平衡時升溫，CO含量將_________（選填“增大”或“減小”)。

（6）一定溫度下 ，平衡時測得體系中 CO2和H2的物質的量濃度分別是0.75mo l/L、4.80mol/L , 則此時體系中CO 物質的量濃度是_______ mol/L。

（7）改變上述平衡體系的溫度，平衡時H2O與CH4物質的量之比[］值也會隨著改變，在圖中畫出其變化趨勢。________________

Answer 1

【答案】+206.2 1.32 A AB CH4 C+2H2 增大 0.6

【解析】

⑴第②個方程式減去第③個方程式，方程式相減，平衡常數相除。

⑵根據影響反應速率和平衡移動的規律進行分析，但是要同時滿足：既能加快反應又能提高CH4轉化率；

⑶根據正逆反應速率相等，各組分的濃度保持不變及由此衍生的其他物理量進行分析；

⑷甲烷分解生成碳和氫氣；

⑸平衡時升溫，對反應①是平衡向吸熱反應即正向移動，對反應③是平衡向吸熱反應即逆向移動。

⑹根據得失電子守恒計算c(CO)平衡時濃度。

⑺反應容器中通入甲烷與為水蒸汽體積比為1 : 5的混合氣體，當反應發生時H2O與CH4物質的量之比，開始改變上述平衡體系的溫度，對①和②平衡向吸熱反應移動即正向移動，對③平衡逆向移動，因此增大。

⑴第②個方程式減去第③個方程式得到a = +165.0(41.2) =+ 206.2，方程式相減，平衡常數相除，因此，解得b =1.32；故答案為：+206.2；1.32。

⑵對于反應②，

A．反應是吸熱反應，升溫，速率加快，平衡正向移動，CH4轉化率增大，故A符合題意；

B．加催化劑，加快反應速率，但平衡不移動，故B不符合題意；

C．加壓，加快反應速率，但平衡向體積減小方向即逆向移動，CH4轉化率減小，故C不符合題意；

D．吸收CO2，生成物濃度減小，反應速率減慢，故D不符合題意；

綜上所述，答案為A。

⑶A．體系中H2O與CH4物質的量之比不再變化，則達到平衡，故A符合題意；

B．體系中H2的體積分數保持不變，則達到平衡，故B符合題意；

C．生成n 個CO2的同時消耗2n個H2O，都是正方向，同一個方向，不能說明達到平衡，故C不符合題意；

D．υ正(CO)= υ逆(H2)，反應體系中CO與H2的比例不清楚，因此不能說明達到平衡，故D不符合題意；

綜上所述，答案為AB。

⑷該體系中產生碳的反應主要是甲烷分解生成碳和氫氣，其方程式為CH4 C+2H2；

故答案為：CH4 C+2H2；

⑸反應①是吸熱反應，反應③是放熱反應，平衡時升溫，對反應①是平衡向吸熱反應即正向移動，對反應③是平衡向吸熱反應即逆向移動，因此CO含量將增大；

故答案為：增大。

⑹一定溫度下 ，平衡時測得體系中 CO2和H2的物質的量濃度分別是0.75 molL1、4.80 molL1，根據得失電子守恒，CH4到CO2升高8價，CH4到CO升高6價，甲烷或水到H2降低2個價態，因此8×0.75 molL1 +6c(CO) =2×4.80 molL1，解得c(CO) =0.6 molL1；

故答案為：0.6；

⑺反應容器中通入甲烷與為水蒸汽體積比為1：5的混合氣體，當反應發生時H2O與CH4物質的量之比，開始改變上述平衡體系的溫度，對①和②平衡向吸熱反應移動即正向移動，對③平衡逆向移動，因此增大，在圖中畫出其變化趨勢為；

故答案為：。