Question

氢气将会成为21世纪最理想的能源又是重要的化工原料，用甲烷制氢是一种廉价的制氢方法．有关的热化学方程式如下：
CH₄（g）+

1

2

O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）；△H=-36kJ/mol…①
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H=+216kJ/mol…②
（1）下列说法不正确的是

 

．
A．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ/mol
B．当反应①中υ（CH₄）_正=υ（CO）_正时，表明该反应达平衡状态
C．其它条件不变时，增大体系压强，反应①②中甲烷的转化率均增大
D．为维持恒定温度（不考虑热量损失），某反应器中同时发生反应①与②时，消耗甲烷的物质的量之比为6：1
（2）工业上常采用甲烷与水蒸气作用制氢气，为何不用其他的烃与水蒸气作用制取氢气？

 

．
（3）工业上将CH₄和水蒸气反应后的混合气体，再进行CO（g）+H₂O（g）?H₂ （g）+CO₂（g）△H＜0，再在1000℃下，用过高压水蒸气洗涤混合气体，再经过处理后即可直接作为合成氨的原料气．高压高温处理的理由是：

 

．
（4）某研究机构拟利用反应②产生的原料气，先分离出H₂合成氨，再利用下列反应合成尿素：

该工艺的优点是

 

（列举一条）．
（5）某温度下，在100L反应器中充入甲烷和水蒸汽的分别为100mol和300mol时，假定只发生反应CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．当甲烷的转化率为0.5时，此时平衡常数为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡的调控作用

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）A．由反应②-①可计算H₂O（g）=H₂（g）+

1

2

O₂（g）的△H，气态水的能量比液态水能量高；
B．速率之比等于化学方程式计量数之比表面的是正反应速率之比；
C．反应均为气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动；
D、维持恒定温度，吸收与放出的热量相等；
（2）甲烷中含H量高，且来源广；
（3）依据化学反应速率和反应物的转化率，生成物的溶解性分析判断条件的选择；
（4）依据流程分析，工艺的优点：充分利用原料气中的CO和H₂；常温常压下合成可节约能源，经济效益高；实现循环生产，符合绿色化学理念；
（5）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始 1        3        0        0
转化0.5      0.5      0.5      1.5
平衡0.5      2.5      0.5      1.5
K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比．

解答： 解：（1）A．由反应②-①可计算H₂O（g）=H₂（g）+

1

2

O₂（g）的△H=+252kJ?mol^-1，则2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ?mol^-1，气态水的能量比液态水能量高，故A错误；
B．当反应①中υ（CH₄）_正=υ（CO）_正时，依据速率子环比等于化学方程式计量数之比，是正反应速率之比，不能表明该反应达平衡状态，故B错误；
C．反应均为气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，所以反应①②中甲烷的转化率均减小，故C错误；
D、维持恒定温度，吸收与放出的热量相等，则反应器中同时发生反应①与②时，消耗甲烷的物质的量之比为

216

36

=6：1，故D正确；
故答案为：ABC；
（2）甲烷中含H量高，且来源广，其优点为①甲烷来源丰富制氢成本低；②甲烷比其它烃的含氢量高，等质量烃制氢时用甲烷的收率是最高的，
故答案为：①甲烷来源丰富制氢成本低；②甲烷比其它烃的含氢量高，等质量烃制氢时用甲烷的收率是最高的；
（3）CO（g）+H₂O（g）?H₂ （g）+CO₂（g）△H＜0，再在1000℃下，用过高压水蒸气洗涤混合气体，再经过处理后即可直接作为合成氨的原料气．高压高温处理的理由是高温用利于提高反应速率，过高压水蒸气有利于平衡正向进行，提高一氧化碳转化率，生成的二氧化碳中等溶解性；
故答案为：高温有利于提高反应速率，过高压水蒸气条件下CO转化率增大，且二氧化碳在水中的溶解度也增大；
（4）依据流程分析，工艺的优点：充分利用原料气中的CO和H₂；常温常压下合成可节约能源，经济效益高；实现循环生产，符合绿色化学理念；
故答案为：充分利用原料气中的CO和H₂；或常温常压下合成可节约能源，经济效益高；或实现循环生产，符合绿色化学理念；
（5）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始  1        3        0        0
转化0.5      0.5       0.5      1.5
平衡0.5      2.5       0.5      1.5
K=

0.5×1．53

0.5×2.5

=1.35；
故答案为：1.35．

点评：本题考查了热化学方程式的应用，生成过程分析判断，平衡常数计算分析应用，主要是分析流程的特征和优点是解题关键，题目难度中等．