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(16分)工业上可用煤制天然气,生产过程中有多种途径生成CH4
(1)写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式                     。
已知: ① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)    ΔH=-41kJ·mol-1 
② C(s)+2H2(g)CH4(g)           ΔH=-73kJ·mol-1
③ 2CO(g)C(s)+CO2(g)          ΔH=-171kJ·mol-1
(2)另一生成CH4的途径是CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。其他条件相同时,H2的平衡转化率在不同压强下随温度的变化如图所示。

①该反应的△H     0(填“<”、“=”或“>”)。
②实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件,运用化学反应速率和平衡知识,同时考虑生产实际,说明选择该反应条件的理由________________________。
③某温度下,将0.1 mol CO和0.3 mol H2充入10L的密闭容器内发生反应CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g),平衡时H2的转化率为80%,求此温度下该反应的平衡常数K。(写出计算过程,计算结果保留两位有效数字)
(1)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)    ΔH=-162kJ·mol-1  (3分,热化学方程式2分,数据1分)
(2)①<      (3分)
②相对于N点而言,采用M点,温度在500-600K之间,温度较高,反应速率较快,氢气的平衡转化率也较高,压强为常压对设备要求不高。    (3分)
③(7分)
CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)
起始时各物质浓度/ mol·L-1:   0.01   0 .03        0      0
平衡时各物质浓度/ mol·L-1       0.002  0.006        0.008   0.008
(以上3分)
K==0.148×106
(1分)                      (1分)                        (2分,数据和单位各1分)

试题分析:
⑴先写出该反应的方程式,并标明各物质的状态:CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g);将“②+③-①×2”能得该反应方程式,再根据盖斯定律可计算该反应的反应热△H=(-73kJ?mol-1)+(-171kJ?mol-1)-(-41kJ?mol-1)×2=-162kJ?mol-1,综上便可写出完整的热化学方程式。
⑵①由图可知,压强一定时,升高温度,平衡时氢气的转化率降低,平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,则△H<0;
②相对于N点而言,采用M点,温度在500-600K之间,温度较高,反应速率较快,氢气的平衡转化率也较高,压强为常压对设备要求不高;
③平衡时H2的转化率为80%,参加反应氢气的物质的量=0.3mol×80%=0.24mol,则氢气的浓度变化量==0.024mol/L,然后结合三段分析如下:
CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(g)
开始(mol/L):0.01   0.03     0       0
变化(mol/L):0.008  0.024   0.008    0.008
平衡(mol/L):0.002    0.006  0.008     0.008
故平衡常数K==0.148×106
练习册系列答案
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下列叙述中正确的是(  )
A.两种元素构成的共价化合物分子中化学键都是极性共价键
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(2)反应③在实验室中用于制备氢气,要提高生成氢气的速率下列措施合理的是______.
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②2H2S(g)+SO2(g)=S2 (g)+2H2O(g)   △H2
③H2S(g)+O2(g)=S(g)+H2O(g)    △H3  
④  2S(g) =S2(g)         △H4
则△H4的正确表达式为
A.△H4=(△H1+△H2-3△H3B.△H4=(3△H3-△H1-△H2
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则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为(  )
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C.N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l);ΔH=-641.63 kJ·mol1
D.N2H4(g)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g);ΔH=-817.63 kJ·mol1

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