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[15分]甲烷自热重整是先进的制氢方法,包含甲烷氧化和蒸汽重整。向反应系统同时通入甲烷、氧气和水蒸气,发生的主要化学反应有:
反应过程
化学方程式
焓变△H
(kJ/mol)
活化能Ea
(kJ/mol)
甲烷氧化
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
-802.6
125.6
CH4(g)+O2(g)CO2(g)+2H2(g)
-322.0
172.5
蒸汽重整
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
206.2
240.1
CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
165.0
243.9
回答下列问题:
(1)反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的△H=        kJ/mol。
(2)在初始阶段,甲烷蒸汽重整的反应速率    甲烷氧化的反应速率(填大于、小于或等于)。
(3)对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(cB)也可以平衡常数(记作KP),则反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的KP                         
随着温度的升高,该平衡常数           (填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)从能量阶段分析,甲烷自热重整方法的先进之处在于                           
(5)在某一给定进料比的情况下,温度、压强对H2和CO物质的量分数的影响如下图:

①若要达到H2物质的量分数>65%、CO的物质的量分数<10%,以下条件中最合适的是  
A.600℃,0.9Mpa    B.700℃,0.9MPa    C.800℃,1.5Mpa    D.1000℃,1.5MPa
②画出600℃,0.1Mpa条件下,系统中H2物质的量分数随反应时间(从常温进料开始即时)
的变化趋势示意图:

(6)如果进料中氧气量过大,最终导致H2物质的量分数降低,原因是              
(15分)
(1)-41.2
(2)小于
(3)
增大
(4)系统内强放热的甲烷氧化反应为强吸热的蒸汽重整反应提供了所需的能量(其他合理答案均可)
(5)①B


(6)甲烷氧化程度过高,氢气和氧气反应(其他合理答案均可)
(1)由反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1="206.2" kJ/mol和CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H2="165.0" kJ/mol,再根据盖斯定律可知,反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的△H=△H2-△H1="-41.2" kJ/mol;(2)开始时由于体系不能提供重整所需的热能,所以其氧化速率大于重整速率;(3)反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的KP=;由于该反应为吸热反应,所以,当温度升高时其平衡常数将增大;(4)该方法的先进之处为,用甲烷氧化反应所释放出来的大量热量来满足强吸热的蒸汽重整反应所需要的热量;(5)①分析图表,从左图中可找到0.9 Mpa,700℃时H2的物质的量分数大于65%,从右图中可找到0.9 Mpa,700℃时CO的物质的量分数小于10%,所以B项正确;②图像特点为开始由于体系温度未达到400℃,重整反应微弱,H2的含量几乎为0,后随着反应进行,体系的温度升高H2的含量也增大,到接近70%时达到最大值;(6)若甲烷氧化程度过高,若氧气的含量再增加,这时氢气将和氧气反应,导致氢气的物质的量分数下降。
【考点定位】本题考查盖斯定律、化学平衡和图表分析能力。
练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源:不详 题型:单选题

化工生产中常用MnS作沉淀剂除去工业废水中的Cu2:Cu2(aq)+MnS(s)CuS(s)+Mn2(aq),下列说法错误的是 (   )
A.相同条件下,MnS的Ksp比CuS的Ksp大
B.该反应的平衡常数K=
C.该反应达到平衡时c(Mn2)=c(Cu2)
D.往平衡体系中加入少量CuSO4固体后,c(Mn2)变大

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科目:高中化学 来源:不详 题型:问答题

(18分)碳、氮、硫是中学化学重要的非金属元素,在工农业生产中有广泛的应用。
(1)用于发射“天宫一号”的长征二号F火箭的燃料是液态偏二甲肼(CH3-NH-NH-CH3),氧化剂是液态四氧化二氮。二者在反应过程中放出大量能量,同时生成无毒、无污染的气体。已知室温下,1 g燃料完全燃烧释放出的能量为42.5kJ,请写出该反应的热化学方程式________________________________________。
(2)298 K时,在2L的密闭容器中,发生可逆反应:2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-a kJ·mol-1 (a>0) 。N2O4的物质的量浓度随时间变化如图。达平衡时, N2O4的浓度为NO2的2倍,回答下列问题。

①298k时,该反应的平衡常数为________ L ·mol-1
②下列事实能判断该反应处于平衡状态的是     
a.混合气体的密度保持不变 
b.混合气体的颜色不再变化
c. VN2O4)正=2VNO2)逆
③若反应在398K进行,某时刻测得n(NO2)="0.6" mol  n(N2O4)=1.2mol,则此时
V(正)   V(逆)(填“>”“<”或“=”)。
(3)NH4HSO4在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。现向100 mL 0.1 mol·L-1NH4HSO4溶液中滴加0.1 mol·L-1NaOH溶液,得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图所示。

试分析图中a、b、c、d、e五个点,
①水的电离程度最大的是__________;
②其溶液中c(OH-)的数值最接近NH3·H2O的电离常      
数K数值的是    
③在c点,溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序
是__________。

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科目:高中化学 来源:不详 题型:计算题

一定条件下,可逆反应:A2+B22C达到平衡。经测定,平衡时c(A2)=0.5mol/L,c(B2)=0.1mol/L,c(C)=1.6mol/L,若A2、B2和C的起始浓度分别为amol/L,bmol/L,cmol/L。
请回答:
(1)a、b应满足的关系是                     (2)a的取值范围是                            

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科目:高中化学 来源:不详 题型:填空题

一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。工业上依此用CO生产燃料甲醇。
   
(1)甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示平均反应速率v(CO)=__________________。
(2)乙图表示该反应进行过程中能量的变化。曲线b下的反应条件为      。该反应的焓变是________(填“ΔH<0”或“ΔH>0”),写出反应的热化学方程式     ;选择适宜的催化剂______(填“能”或“不能”)改变该反应的反应热。
(3)该反应平衡常数K的表达式为______________________,温度升高,平衡常数K________(填“增大”、“不变”或“减小”)。
(4)恒容条件下,下列措施中能使增大的有____________。
a.降低温度             b.充入He气
c.再充入1molCO和2molH2         d.使用催化剂

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科目:高中化学 来源:不详 题型:问答题

(16分)雾霾天气严重影响人们的生活质量,其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。
(1)NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图31-1所示:
 
①由图31-1可知SCR技术中的氧化剂为:             
②图31-2是不同催化剂Mn和Cr在不同温度下对应的脱氮率,由图可知最佳的催化剂和相应的温度分别为:                       
③用Fe做催化剂时,在氨气足量的情况下,不同c(NO2)/c(NO)对应的脱氮率如图31-3所示,脱氮效果最佳的c(NO2)/c(NO)=                。已知生成1molN2反应放出的热量为QkJ,此时对应的脱氮反应的热化学方程式为                            

(2)利用喷雾干燥法脱硫工艺是除去SO2的常见方法,先将含SO2的废气溶于水,再用饱和石灰浆吸收,具体步骤如下:
SO2(g)+H2O(l)H2SO3(l)H+(aq)+HSO3(aq)   I
HSO3(aq)H+(aq)+SO32—(aq)                II
Ca(OH)2(s)Ca2+(aq)+2OH(aq)              III
Ca2+(aq)+SO32—(aq)CaSO3(s)                IV
④步骤II的平衡常数K的表达式为                  
⑤该温度下,吸收液中c(Ca2+)一直保持为0.70mol/L,已知Ksp(CaSO3)=1.4×10-7,则吸收后溶液中的SO32-的浓度。(写出计算过程,保留2位有效数字)

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科目:高中化学 来源:不详 题型:单选题

下列关于化学反应限度的叙述中正确的是(     )
A.化学反应的限度都相同
B.可以通过改变反应条件控制化学反应的限度
C.可以通过延长化学反应的时间改变化学反应限度
D.当一个化学反应在一定条件下达到限度时反应即停止

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科目:高中化学 来源:不详 题型:单选题

在密闭容器中进行N2+3H22NH3反应,起始时N2和H2分别为10 mol 和30 mol,当达到平衡时,N2的转化率为30%。若以NH3作为起始反应物,反应条件与上述反应相同时,要使其反应达到平衡时各组成成分的物质的量分数与前者相同,则NH3的起始物质的量和它的转化率正确的是     (  )
A.40 mol 35%    B.20 mol 30%
C.20 mol 70% D.10 mol 50%

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科目:高中化学 来源:不详 题型:单选题

化学平衡常数可以用K来表示,下列关于化学平衡常数的说法中正确的是
A.K越大,反应物的转化率越小
B.K与反应物的浓度有关
C.K与生成物的浓度有关
D.K与温度有关

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