Question

【題目】天然氣( 主要成分為甲烷)是一種高效的清潔能源，也是一種重要的化工原料，利用天然氣制備甲醇、乙醇、二甲醚(CH3OCH3)、乙烯(C2H4)等物質的主要反應有：

①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+ 3H2(g) △H1= + 206.2 kJ/ mol

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H2=- 90.1kJ/ mol

③2CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H3=- 24.5kJ/ mol

④2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g) △H4=- 29.1kJ/ mol

⑤CH3OCH3(g)== C2H5OH(g) △H5=- 50.7 kJ /mol

請回答下列問題：

(1)反應2CH4(g)+H2O(g)= C2H5OH(g)+2H2(g)的△H =______kJ/mol；根據化學原理，可 以同時加快該反應的速率和提高甲烷轉化率的措施有_______________________。

(2)CO與H2在一定條件下，同時發生②和③的反應，產生二甲醚的結果如上圖所示。260℃時，CO轉化率雖然很高，而二甲醚的產率卻很低，可能的原因是 ( 答出一條即可) _______；CO 與H2 合成二甲醚的最佳的溫度是_____________。

(3) 對于氣體參與的反應如反應④[2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g)]，可以用某組分B的平衡壓強(PB)代替物質的量濃度(c)表示平衡常數(Kp)，則反應④的平衡常數表達式Kp=____；也可以用壓強(PB)變化表示化學反應速率，體積不變的密閉容器中充入一定量的CH3OH氣體發生反應④，在10分鐘內，容器的壓強由xkPa 升高到ykPa，則這段時間該反應的化學反應速率v(CH4)=_____________。

(4) 反應①～⑤中有多種物質可以做燃料電池的燃料，其中H2是單位質量燃料釋放電能最多的物質，若與下列物質構成電池，H2 與_______構成的電池比能量最大。

a.H2O2 b.Cl2 C.O2 d.NiOOH

Answer 1

【答案】 +157.0（寫出+157可得分） 升高溫度；增大水蒸氣的濃度 260oC時，CO與H2發生反應較快，該溫度下反應③速率較慢；產物CH3OCH3發生了其他反應（如反應⑤）等等 290oC KP＝P2(H2O)×P(C2H4)/ P2(CH3OH) kPa v(C2H4)＝（y-x）/10 kPa·min－1 c

【解析】試題分析：(1)根據蓋斯定律計算焓變；根據影響速率和平衡移動的因素分析；(2)260oC時，CO與H2發生反應較快，該溫度下反應③速率較慢；根據圖示290oC 時二甲醚的產率最高；(3)根據平衡常數表達式書寫Kp的表達式；利用“三段式”計算v(CH4)；(4)單位質量的H2O2、Cl2、O2 、NiOOH，O2放電最多；

解析：(1)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H1=+206.2kJ/mol

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H2=-90.1kJ/mol

③2CH3OH(g)= CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H3=-24.5kJ/mol

④2CH3OH(g)C2H4(g)+ 2H2O(g) △H4=-29.1kJ/mol

⑤CH3OCH3(g)== C2H5OH(g) △H5=-50.7kJ/mol

根據蓋斯定律①+⑤+②+③得2CH4(g)+H2O(g)= C2H5OH(g)+2H2(g)的△H=+157.0 kJ/mol；該反應吸熱，升高溫度反應速率加快、平衡正向移動，甲烷轉化率增大；增大水蒸氣的濃度反應速率加快、平衡正向移動，甲烷轉化率增大；(2)260oC時，CO與H2發生反應較快，該溫度下反應③速率較慢，所以CO轉化率雖然很高，而二甲醚的產率卻很低；根據圖示290oC 時二甲醚的產率最高，所以最佳溫度是290oC；(3)根據平衡常數表達式，Kp= P2(H2O)×P(C2H4)/ P2(CH3OH)；

x-2a+a+2a=y

a=y-x

v(CH4)= （y-x）/10 kPa·min－1；(4)單位質量的H2O2、Cl2、O2 、NiOOH，O2放電最多，所以H2與O2構成的電池比能量最大；