Question

【題目】頁巖氣是從頁巖層中開采的一種非常重要的天然氣資源,頁巖氣的主要成分是甲烷,是公認的潔凈能源。

（1）頁巖氣不僅能用作燃料,還可用于生產合成氣(CO和H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應器,發生反應CH4(g)+H2O(g) = CO(g)+3H2(g)　ΔH1。已知:CH4、H2、CO的燃燒熱(ΔH)分別為-a kJ·mol-1、-b kJ·mol-1、-c kJ·mol-1;H2O(l)=H2O(g)　ΔH=+d kJ·mol-1。

則ΔH1=______________(用含字母a、b、c、d的代數式表示)kJ·mol-1。

（2）用合成氣生成甲醇的反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2,在10 L恒容密閉容器中按物質的量之比1∶2充入CO和H2,測得CO的平衡轉化率與溫度和壓強的關系如圖所示:

200 ℃時n(H2)隨時間的變化如下表所示:

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①ΔH2____(填“>”“<”或“=”)0。

②寫出兩條可同時提高反應速率和CO轉化率的措施:_____。

③下列說法正確的是____(填字母)。

a.溫度越高,該反應的平衡常數越大

b.達平衡后再充入稀有氣體,CO的轉化率提高

c.容器內氣體壓強不再變化時,反應達到最大限度

d.圖中壓強:p1<p2

④0~3 min內用CH3OH表示的反應速率v(CH3OH)=____mol·L-1·min-1。

⑤200 ℃時,該反應的平衡常數K=____。向上述200 ℃達到平衡的恒容密閉容器中再加入2 mol CO、4 mol H2、2 mol CH3OH,保持溫度不變,則化學平衡____(填“正向”“逆向”或“不”)移動。

（3）甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池。標準狀況下充入5.6 L甲烷,測得電路中轉移1.2 mol電子,則甲烷的利用率為____。

Answer 1

【答案】 -a+3b+c-d < 增大H2濃度或增大壓強 cd (或0.067) 6.25 正向 60%

【解析】（1）已知：①CH4（g）+2O2=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣a kJmol﹣1、②H2（g）+O2（g）=H2O（l）△H=﹣b kJmol﹣1、③CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H=﹣c kJmol﹣1；④H2O （l）=H2O（g）△H=+dkJmol﹣1，由蓋斯定律可知，②×3+③﹣①﹣④可得CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g），則△H1=(﹣a+3b+c﹣d)kJmol﹣1。

（2）①由圖示可知在恒壓條件下，隨著溫度的升高CO的轉化率降低，說明升高溫度平衡逆向移動，即正反應為放熱反應，△H2＜0。

②增大反應速率的主要措施有：溫度升高、壓強增大、增大濃度及使用催化劑，當平衡正向移動時，反應物的轉化率可能增大，由于該反應為放熱反應，且催化劑不影響化學平衡的移動方向，所以，可以同時提高反應速率和CO轉化率的措施有增大H2濃度、增大壓強。

③a．反應CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）正方向為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小，a不正確；b．達平衡后再充入稀有氣體，壓強增大，但平衡不移動，CO的轉化率不變，b不正確；c．反應CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）在進行的過程中，達到平衡前氣體總物質的量在不斷變化，當容器內氣體壓強不再變化時，說明混合氣體的總物質的量不再改變，反應達到平衡，即反應達到最大限度，c正確；d．由圖示可知，在恒溫恒容的條件下，增大壓強，平衡向正方向移動，CO的轉化率增大，即圖中壓強p1＜p2，d正確。綜上所述，說法正確的是cd；

④由表中數據可知，3min后該反應達到平衡狀態。

　　　 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△

起始濃度（mol/L） 0.4 0.8 0

變化濃度（mol/L） 0.2 0.4 0.2

起始濃度（mol/L） 0.2 0.4 0.2

03min內，用CH3OH表示的反應速率v（CH3OH）==molL﹣1min﹣1。

⑤由④計算的平衡狀態可知，200℃時平衡常數K===6.25；向上述200℃達到平衡的恒容密閉容器中再加入2mol CO、2mol H2、2mol CH3OH，此時各物質的濃度為c（CO）=0.4mol/L，c（H2）=0.6mol/L，c（CH3OH）=0.4mol/L，保持溫度不變，則化學平衡不變，此時Qc===2.78＜6.25=K，則此時平衡應向正反應方向移動。

（3）甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池，由于CH4完全氧化后的產物為K2CO3，所以，1mol甲烷完全反應可轉移電子的物質的量為8mol．實際測得電路中轉移1.2mol電子，可知參加反應的甲烷為=0.15mol。在標準狀況下，5.6L甲烷的物質的量為=0.25mol，甲烷的利用率為=60%。