Question

【題目】合成氣用途非常廣泛,可以煤、天然氣等為原料生產(chǎn)。回答下列問題:

(1)用H2O(g)和O2重整CH4制合成氣的熱化學(xué)方程式如下:

(水蒸氣重整)CH4(g)+ H2O(g)=CO(g)+3H2(g) H=+ 206 kJ●mol -1

(氧氣重整)CH4(g)+0.5O2(g)=CO(g)+2H2(g) H=-36 kJ●mol-1

①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的 H=_______kJ●mol-1。

②為了保持熱平衡,同時(shí)用兩種方式重整,不考慮熱量損失,理論上得到的合成氣中n(CO): n(H2)=1 :____(保留兩位小數(shù))。

③用水蒸氣電催化重整甲烷的裝置如圖。裝置工作時(shí),O2-向_____(填“A"或“B’)極遷移;陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為___________。

(2)焦炭與水蒸氣在恒容密閉容器中反應(yīng)制合成氣的主要反應(yīng)( I )、(II )的lgKp(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))與T的關(guān)系如下圖所示。

①反應(yīng)(II)的H_____(填“大于”“等于”或“小于”)0。

②氣體的總壓強(qiáng):a點(diǎn)_____ (填“大于”“等 于”或“小于”)b點(diǎn),理由是_________。

③c點(diǎn)時(shí),反應(yīng)C(s) +CO2(g)2CO(g)的Kp=_____ (填數(shù)值)。

④在恒容密閉容器中充入0. 5 mol CO、2 mol H2O(g)只發(fā)生反應(yīng)(II),圖中d點(diǎn)處達(dá)到平衡時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率為_______;達(dá)到平衡時(shí),向容器中再充入0.5 mol CO、2 mol H2O(g),重新達(dá)到平衡時(shí),CO的平衡轉(zhuǎn)化率_______(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】484 2.15 A CH4 + O2 2e－ = CO+2H2 小于 大于 容積一定，壓強(qiáng)與氣體的總物質(zhì)的量、溫度均成正比，a點(diǎn)的溫度比b點(diǎn)的高，a點(diǎn)的氣體的總物質(zhì)的量比b點(diǎn)的大，故P(a)>P(b) 1 80% 不變

【解析】

(1)①將第二個(gè)方程式的2倍減去第一個(gè)方程式的2倍；②為了保持熱平衡，同時(shí)用兩種方式重整，不考慮熱量損失，兩者吸收和放出熱量相等進(jìn)行計(jì)算；③裝置工作時(shí)，根據(jù)圖中信息水變氫氣，化合價(jià)降低得到電子，在電解池的陰極即B為陰極，根據(jù)電解池中異性相吸原則，陽(yáng)極甲烷變?yōu)闅錃夂?/span>CO。

(2)①反應(yīng)(II)升高溫度，lgKp變小，即Kp變小，平衡逆向移動(dòng)，逆向是吸熱反應(yīng)；②a點(diǎn)、b點(diǎn)容器一樣大，壓強(qiáng)與容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量，溫度成正比；③將反應(yīng)I減去反應(yīng)II得到C(s) +CO2(g)2CO(g)，因此C(s) +CO2(g)2CO(g)的平衡常數(shù)等于反應(yīng)I的平衡常數(shù)除以反應(yīng)II的平衡常數(shù)；④建立三段式并建立方程式計(jì)算d點(diǎn)CO的消耗量并計(jì)算轉(zhuǎn)化率；用建模思想來分析又加入0.5 mol CO、2 mol H2O(g)達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率。

(1)①將第二個(gè)方程式的2倍減去第一個(gè)方程式的2倍，2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) H= 2×(36)kJ·mol1(+206) kJ·mol1 = 484 kJ·mol1；故答案為：484。

②為了保持熱平衡，同時(shí)用兩種方式重整，不考慮熱量損失，兩者吸收和放出熱量相等進(jìn)行計(jì)算，理論上得到的合成氣中n(CO):n(H2)=(36+206):(3×36+2×206) = 1:2.15；故答案為：2.15。

③裝置工作時(shí)，根據(jù)圖中信息水變氫氣，化合價(jià)降低得到電子，在電解池的陰極即B為陰極，根據(jù)電解池中異性相吸原則，O2向陽(yáng)極即A極遷移，陽(yáng)極甲烷變?yōu)闅錃夂?/span>CO，其發(fā)生的電極反應(yīng)為CH4 + O2 2e－ = CO+2H2；故答案為：A；CH4 + O2 2e－ = CO + 2H2。

(2)①反應(yīng)(II)升高溫度，lgKp變小，即Kp變小，平衡逆向移動(dòng)，逆向是吸熱反應(yīng)，正向放熱反應(yīng)即H小于0；故答案為：小于。

②a點(diǎn)、b點(diǎn)容器一樣大，壓強(qiáng)與容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量，溫度成正比，a點(diǎn)溫度比b點(diǎn)溫度高，a點(diǎn)氣體的總物質(zhì)的量比b點(diǎn)氣體的總物質(zhì)的量多，因此氣體的總壓強(qiáng)：a點(diǎn)大于b點(diǎn)；故答案為：大于；容積一定，壓強(qiáng)與氣體的總物質(zhì)的量、溫度均成正比，a點(diǎn)的溫度比b點(diǎn)的高，a點(diǎn)的氣體的總物質(zhì)的量比b點(diǎn)的大，故P(a)>P(b)。

③將反應(yīng)I減去反應(yīng)II得到C(s) +CO2(g)2CO(g)，因此C(s) +CO2(g)2CO(g)的平衡常數(shù)等于反應(yīng)I的平衡常數(shù)除以反應(yīng)II的平衡常數(shù)，由于c點(diǎn)時(shí)，兩者的Kp相等，Kp=1；故答案為：1。

④在恒容密閉容器中充入0. 5 mol CO、2 mol H2O(g)只發(fā)生反應(yīng)(II)，

圖中d點(diǎn)處達(dá)到平衡時(shí)，設(shè)總壓強(qiáng)為P0， ，解得x=0.4，因此CO的轉(zhuǎn)化率；達(dá)到平衡時(shí)；向容器中再充入0.5 mol CO、2 mol H2O(g)，可以理解為取另一個(gè)容器充入0.5 mol CO、2 mol H2O(g)，達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率和原來一樣，將兩個(gè)容器壓縮到一個(gè)容器中，平衡不移動(dòng)，因此重新達(dá)到平衡時(shí)；CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變；故答案為：80%；不變。