Question

【題目】頁巖氣是從頁巖層中開采出來的一種非常重要的天然氣資源，頁巖氣的主要成分是甲烷，是公認(rèn)的潔凈能源。

（1）頁巖氣不僅能用作燃料，還可用于生產(chǎn)合成氣(CO和H2)。CH4與H2O(g)通入聚焦太陽能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng) CH4(g) + H2O(g)==CO(g)+3H2(g) △H1

已知：

①CH4、H2、CO 的燃燒熱（△H）分別為-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1；

②H2O(l) =H2O(g) △H=+dkJmol-1

則△H1= ___________（用含字母a、b、c、d的代數(shù)式表示）kJmol-1。

（2）用合成氣生成甲醇的反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2，在10 L恒容密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示，200℃時(shí)n(H2)隨時(shí)間的變化如下表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①△H2_________(填“>”“<”或“ = ”)0。

②寫出兩條可同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO轉(zhuǎn)化率的措施：________________________ 。

③下列說法正確的是____________(填標(biāo)號(hào)）。

a.溫度越高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)越大

b.達(dá)平衡后再充入稀有氣體，CO的轉(zhuǎn)化率提高

C.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到最大限度

D.圖中壓強(qiáng)p12

④03 min內(nèi)用CH3OH表示的反應(yīng)速率v(CH3OH)=_________mol L-1·min-1。

⑤200℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K =_______。向上述200℃達(dá)到平衡的恒容密閉容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持溫度不變，則化學(xué)平衡____________(填“正向”、“逆向”或“不”)移動(dòng)。

（3）甲烷、氧氣和KOH溶液可組成燃料電池。標(biāo)準(zhǔn)狀況下通入5.6 L甲烷，測(cè)得電路中轉(zhuǎn)移1.2 mol電子，則甲烷的利用率為________________。

Answer 1

【答案】 -a+3b+c –d < 增大H2濃度，增大壓強(qiáng) cd （或0.067） 6.25 正向 60%

【解析】（1）已知CH4、H2、CO 的燃燒熱（△H）分別為-a kJmol-1、-b kJmol-1、-c kJmol-1，則有

①CH4(g) + 2O2(g)==CO2(g)+2H2O(l) △H＝-a kJmol-1

②H2(g) + 1/2O2(g)==H2O(l) △H＝-b kJmol-1

③CO(g) + 1/2O2(g)==CO2(g) △H＝-c kJmol-1

④H2O (l) =H2O(g) △H=+dkJmol-1

則根據(jù)蓋斯定律可知①－②×3－③－④即得到反應(yīng)CH4(g) + H2O(g)==CO(g)+3H2(g)的△H1=(-a+3b+c –d) kJmol-1。

（2）①隨溫度的升高CO轉(zhuǎn)化率降低，這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此△H2<0。②由于正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng)，則可同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO轉(zhuǎn)化率的措施為增大H2濃度，增大壓強(qiáng)。③a.升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此溫度越高，該反應(yīng)的平衡常數(shù)越小，a錯(cuò)誤；b.達(dá)平衡后再充入稀有氣體，反應(yīng)物濃度不變，CO的轉(zhuǎn)化率不變，b錯(cuò)誤；c.正反應(yīng)體積減小，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到最大限度，即達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確；D.正反應(yīng)體積減小，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO轉(zhuǎn)化率增大，所以圖中壓強(qiáng)p1<p2，d正確，答案選cd；④03 min內(nèi)消耗氫氣是4mol，生成甲醇是2mol，濃度是0.2mol/L，則用CH3OH表示的反應(yīng)速率v(CH3OH)=0.2mol/L÷3min＝1/15mol L-1·min-1。⑤根據(jù)方程式可知

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度（mol/L） 0.4 0.8 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.2 0.4 0.2

平衡濃度（mol/L） 0.2 0.4 0.2

所以 200℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K =。向上述200℃達(dá)到平衡的恒容密閉容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持溫度不變，此時(shí)濃度熵＝＜6.25，所以化學(xué)平衡正向移動(dòng)。

（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下通入5.6 L甲烷，甲烷的物質(zhì)的量是0.25mol，碳元素化合價(jià)從-4價(jià)升高到+4價(jià)，則理論上轉(zhuǎn)移0.25mol×8＝2mol電子，測(cè)得電路中轉(zhuǎn)移1.2 mol電子，則甲烷的利用率為1.2/2×100%＝60%。