【題目】甲烷廣泛存在于天然氣、沼氣、煤礦坑氣之中,是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料,更是制造許多化工產(chǎn)品的重要原料。

.制取氫氣

已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H=+206.2kJ·mol-1

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H=+247.4kJ·mol-1

(1)請寫出CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式___________________

(2)若將0.1mol CH4和0.1mol H2O(g)通入體積為10L的密閉容器里,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖

已知100時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示的平均反應(yīng)速率_________;

該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)___________________;

圖中的p1 p2(填、=);

制備甲醇

(3)在壓強為0.1MPa條件下,將a mol CO與3amol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H<0。若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是________;

A.升高溫度

B.再充入1mol CO和3mol H2

C.將CH3OH(g)從體系中分離

D.充入He,使體系總壓強增大

E.使用更高效的催化劑

合成乙酸

(4)甲烷直接合成乙酸具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。光催化反應(yīng)技術(shù)使用CH4 (填化學(xué)式)直接合成乙酸,且符合綠色化學(xué)的要求(原子利用率100)。

【答案】1CH4g+2H2OgCO2g+4H2gH+165.0kJmol-1

2V(H2)=0.003mol/(L.min)6.75×10-4(mol/L)23BC4CO2

【解析】

試題分析:(1)已知:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H=+206.2kJ·mol-1

CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)H=+247.4kJ·mol-1

由蓋斯定律可知①×2-CH4g+2H2OgCO2g+4H2gH+165.0kJmol-1

(2)將0.1molCH4和0.1molH2O(g)通入體積為10L的密閉容器里,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),由圖像可知100甲烷轉(zhuǎn)化率為50%,故參加反應(yīng)的甲烷為0.mol×50%=0.05mol,則:

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始量(mol) 0.1 0.1 0 0

變化量(mol) 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡量(mol): 0.05 0.05 0.05 0.15

100時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率0.003mol/(L.min);

該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K==6.75×10-4(mol/L)2

通過圖像可知當(dāng)溫度相同時,p2p1時,甲烷的轉(zhuǎn)化率提高,平衡向正向移動,正向為氣體系數(shù)增大的反應(yīng),根據(jù)減小壓強平衡向系數(shù)增大的方向移動可知:p1<p2;

(3)A.該反應(yīng)是放熱的,升高溫度,平衡逆向進行,會減小甲醇產(chǎn)率,A錯誤;B.再充入1mol CO和3molH2,增大壓強,平衡右移,有利提高甲醇的產(chǎn)率,B正確;C.將CH3OH(g)從體系中分離,會促使平衡正向移動,提高甲醇的產(chǎn)率,C正確;D.充入He,使體系總壓強增大,體積不變,各組分濃度不變,所以平衡不會移動,不會改變甲醇產(chǎn)率,D錯誤;E.催化劑不能平衡狀態(tài),甲醇的產(chǎn)率不變,E錯誤,答案選BC。

4根據(jù)乙酸的分子式CH3COOHCH4,依據(jù)原子守恒可知另一種反應(yīng)物是CO2。

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