Question

1．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(yè)上可用煤制天然氣，生產(chǎn)過程中有多種途徑生成CH₄．
寫出CO與H₂反應(yīng)生成CH₄和H₂O的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1
已知：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
（2）天然氣中的H₂S雜質(zhì)常用氨水吸收，產(chǎn)物為NH₄HS．一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫并使吸收液再生，寫出再生反應(yīng)的化學(xué)方程式2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓．
（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(zhì)的量濃度均為0.1mol•L^-1的CH₄與CO₂，在一定條件下發(fā)生
反應(yīng)，測得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖1所示，則壓強(qiáng)P₁小于P₂（填“大于”或“小于”）；壓強(qiáng)為P₂時，在Y點(diǎn)：v（正）大于v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）． 求Y點(diǎn)對應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.6．（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)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(zhuǎn)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溫度高于250℃時，催化劑的活性降低，使催化效率下降．
②為了提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是增大CO₂的濃度或及時分離出乙酸．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）NH₄HS中硫元素為-2價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質(zhì)；
（3）該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越小；壓強(qiáng)為P₂時，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動；根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡時各物質(zhì)的平衡濃度，利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積得到平衡常數(shù)；
（4）①催化劑活性越大，反應(yīng)速率越大，溫度過高，催化劑的活性降低；
②為了提高該反應(yīng)中的CH₄轉(zhuǎn)化率，可以使平衡正向移動．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，②+③-①得：CO（g）+3H₂（g）=CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1；
（2）NH₄HS中硫元素為-2價，具有還原性能被氧氣氧化為硫單質(zhì)，則一定條件下向NH₄HS溶液中通入空氣，得到單質(zhì)硫和氨水，則反應(yīng)方程式為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓，
故答案為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓；
（3）該反應(yīng)正向?yàn)轶w積增大的方向，壓強(qiáng)越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越小，已知相同溫度下，P₁條件下的轉(zhuǎn)化率大于P₂，則P₁小于P₂，壓強(qiáng)為P₂時，在Y點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡，則反應(yīng)正向移動，所以v（正）大于v（逆）；
在Y點(diǎn)對應(yīng)溫度下的甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，則
                      CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol/L） 0.1            0.1              0              0
轉(zhuǎn)化（mol/L）0.08           0.08            0.16           0.16              
平衡（mol/L）0.02           0.02             0.16          0.16
所以平衡常數(shù)K=$\frac{{0.16}^{2}×0.1{6}^{2}}{0.02×0.02}$=1.6；
故答案為：小于；大于；1.6；
（4）①由于250℃是Cu₂Al₂O₄催化劑的活性溫度，所以在250℃時催化劑活性最大，反應(yīng)速率大，溫度250～300℃時，催化劑的活性降低，使催化效率下降，
故答案為：溫度高于250℃時，催化劑的活性降低，使催化效率下降；
②平衡正向移動，CH₄轉(zhuǎn)化率增大，增大CO₂的濃度或及時分離出乙酸，平衡正向移動，
故答案為：增大CO₂的濃度或及時分離出乙酸．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡的移動等，題目涉及的知識點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．