Question

【題目】合成氨工業中的原料氣制取與凈化是重要的環節。

（1）已知有關反應的能量變化如下圖：

寫出CH4(g)與H2O(g)反應制取CO(g)和H2(g)的熱化學方程式： ___________________。

（2）“CH4-CO2催化重整法”制氫氣：CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋2H2(g)，ΔH

不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對溫室氣體的減排具有重要意義。上述反應中相關的化學鍵鍵能數據如下表所示。①根據鍵能計算，該反應的ΔH＝_______kJ·mol－1。

②按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發生反應，溫度對CO和H2產率的影響如圖所示。實際生產中此反應優選溫度為900℃，原因是_______________________。

③某溫度下，將1 mol CH4、2 mol CO2以及催化劑進行加入2 L容器中，達到平衡時α(CH4)＝50%，平衡常數K=____mol2·L－2。

（3）合成氣在進入合成塔前常用醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收其中的CO雜質，其反應是：Cu(NH3)2(CH3COO)＋CO＋NH3Cu(NH3)3(CH3COO)·CO　ΔH＜0

必須除去原料氣中CO的原因是_______________________。

醋酸二氨合銅(Ⅰ)吸收CO的生產適宜條件應是__________（填序號）。

A．高溫高壓 B．高溫低壓 C．低溫高壓 D．低溫低壓

Answer 1

【答案】CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g),ΔH＝161.1kJ·mol－1 120 900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低 1/3 防止催化劑中毒 c

【解析】

根據蓋斯定律計算；根據反應特點結合溫度和壓強對平衡狀態的影響解答；根據轉化率利用三段式計算平衡常數；

（1）①H2（g）+1/2O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ/mol，②CH4（g）＋3/2O2（g）＝CO（g）＋2H2O（g） △H＝-564.3kJ/mol，根據蓋斯定律②-3①疊加計算得到：CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g),ΔH＝161.1kJ·mol－1；

（2）①斷裂化學鍵吸收能量-形成化學鍵放出能量=）=120kJ，故該反應的ΔH＝120kJ·mol－1；

②從圖像中可看出，900℃時，CO、H2的產率已經很高，若繼續升高溫度，會增加能源消耗，同時產率增幅不大，故選擇900℃是最經濟實用的，故答案為：900 ℃時，合成氣產率已經較高，再升高溫度產率增幅不大，但能耗升高，經濟效益降低；

③ CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋2H2(g)

起始濃度(mol/L) 0.5 1 0 0

轉化濃度（mol/L) 0.25 0.25 0.5 0.5

平衡濃度(mol/L) 0.25 0.75 0.5 0.5

所以其平衡常數為：（0.52×0.52）/（0.25×0.75）=1/3,故答案為：1/3；

（3）由于CO參與，易使催化劑中毒；該反應是氣體體積縮小的放熱反應，故促進反應向正反應方向進行，應選擇低溫加壓，故答案為：防止催化劑中毒，c。