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）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

已知： CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH＝－41kJ·mol－1

C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH＝－73kJ·mol－1

2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171kJ·mol－1

（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）天然氣的一個重要用途是制取H2，其原理為：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。在密閉容器中通入物質的量濃度均為0.1mol·L－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P1 P2（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) ΔH＝－203kJ·mol－1

（2）2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓

（3）小于 大于 1.6mol2/L2

（4）①溫度超過250oC時，催化劑的催化效率降低

②增大反應壓強或增大CO2的濃度

【解析】試題分析：（1）根據蓋斯定律，CO與H2反應生成CH4和H2O的熱化學方程式為CO (g) + 3H2(g)CH4(g) + H2O(g) ΔH＝－203kJ·mol－1。（2）一定條件下向NH4HS溶液中通入空氣，NH4HS能夠與空氣中的氧氣反應得到單質硫從而使吸收液再生，其化學方程式為2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓。（3）反應CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)是一個熵增反應，增大壓強，化學平衡向氣體分子數減小的逆向進行，平衡轉化率減小；而同溫條件下，壓強P1時的轉化率大于壓強P2時的轉化率，因此壓強P1小于P2。壓強為P2時，在Y點，由于還未達到平衡狀態，反應一直向正向進行著，因此v(正)大于v(逆)。由圖1可知，在Y點對應溫度下，該反應平衡轉化率為0.8，則化學平衡常數的計算過程如下：

CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)

起始濃度（mol/L） 0.1 0.1 0 0

轉化濃度（mol/L） 0.08 0.08 0.16 0.16

平衡濃度（mol/L） 0.02 0.02 0.16 0.16

平衡常數K=mol2/L2

（4）①250~300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過250oC時，催化劑的催化效率降低；②由于催化劑的催化效率在溫度超過250時會降低，因此為了提高CH4的轉化率，不能一味的升高溫度，而是在催化劑催化效率最大時的溫度條件下，采用增大反應壓強或增大CO2的濃度的方式來提高CH4的轉化率。