Question

【題目】天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷．
（1）已知：CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）△H=﹣41kJmol﹣1C（s）+2H2（g）CH4（g）△H=﹣73kJmol﹣1
2CO（g）C（s）+CO2（g）△H=﹣171kJmol﹣1
工業上可用煤制天然氣，生產過程中有多種途徑生成CH4 ． 寫出CO與H2反應生成CH4和H2O的熱化學方程式 ．
（2）天然氣中的H2S雜質常用氨水吸收，產物為NH4HS．一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，得到單質硫并使吸收液再生，寫出再生反應的化學方程式 ．
（3）用天然氣制取H2的原理為：CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）．在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1molL﹣1的CH4與CO2 ， 在一定條件下發生反應，測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如下圖1所示，則壓強P1P2（填“大于”或“小于”）；壓強為P2時，在Y點：v（正）v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）．求Y點對應溫度下的該反應的平衡常數K= ． （計算結果保留兩位有效數字）
（4）以二氧化鈦表面覆蓋CuAl2O4 為催化劑，可以將CH4和CO2直接轉化成乙酸．①在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖2所示．250～300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 ．
②為了提高該反應中CH4的轉化率，可以采取的措施是 ．

Answer 1

【答案】
（1）CO（g）+3H2（g） CH4（g）+H2O（g）△H=﹣203kJ?mol﹣1
（2）2NH4HS+O2=2NH3?H2O+2S↓
（3）小于；大于；1.6mol2?L﹣2
（4）溫度超過250°C時，催化劑的催化效率降低；增大反應壓強或增大CO2的濃度
【解析】解：（1）已知：Ⅰ．CO（g）+H2O（g）H2（g）+CO2（g）△H1=﹣41kJmol﹣1Ⅱ．C（s）+2H2（g）CH4（g）△H2=﹣73kJmol﹣1Ⅲ．2CO（g）C（s）+CO2（g）△H3=﹣171kJmol﹣1根據蓋斯定律，Ⅲ﹣Ⅰ+Ⅱ可得：CO （g）+3H2（g） CH4（g）+H2O（g）△H=﹣203kJmol﹣1 ， 所以答案是：CO （g）+3H2（g） CH4（g）+H2O（g）△H=﹣203kJmol﹣1；（2）氧氣將﹣2價S氧化為S單質，反應方程式為：2NH4HS+O2=2NH3H2O+2S↓，所以答案是：2NH4HS+O2=2NH3H2O+2S↓；（3）溫度一定時，增大壓強平衡逆向移動，甲烷的轉化率減小，故壓強P1＜P2；Y點甲烷轉化率小于同溫同壓下平衡時轉化率，故Y點向正反應進行建立平衡，則v（正）＞v（逆；溫度為1100℃，壓強為P2時甲烷的轉化率為80%，則平衡時甲烷濃度變化量為0.1molL﹣1×70%=0.07mol，則： CO2（g）+CH4（g）═2CO（g）+2H2（g）
起始濃度（mol/L）：0.1 0.1 0 0
變化濃度（mol/L）：0.07 0.07 0.14 0.14
平衡濃度（mol/L）：0.03 0.03 0.14 0.14
故平衡常數K=K= = （mol．L）2=1.6 mol2L﹣2 ，
所以答案是：小于；大于；1.6 mol2L﹣2；（4））①由圖可知，該催化劑在250℃左右時催化劑效率最高，溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，故答案：溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；②提高該反應中CH4的轉化率，改變條件應使平衡向正反應方向移動，正反應是氣體體積減小的反應，縮小容器體積增大壓強、增大CO2的濃度，平衡正向移動，反應物轉化率增大，所以答案是：增大反應壓強或增大CO2的濃度．
【考點精析】本題主要考查了化學平衡狀態本質及特征和化學平衡的計算的相關知識點，需要掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%才能正確解答此題．