Question

【題目】以甲醇為原料制取高純H2是重要的研究方向�；卮鹣铝袉�(wèn)題：

（1）甲醇水蒸氣重整制氫主要發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)。

主反應(yīng)：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) △H＝＋49kJ·mol－1

副反應(yīng)：H2(g)＋CO2(g) CO(g)＋H2O(g) △H＝＋41kJ·mol－1

①甲醇在催化劑作用下裂解可得到H2和CO，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________，既能加快反應(yīng)速率又能提高CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的一種措施是_________________________。

②適當(dāng)增大水醇比[n(H2O)：n(CH3OH)]，有利于甲醇水蒸氣重整制氫，理由是___________。

③某溫度下，將n(H2O)：n(CH3OH)＝1：1的原料氣充入恒容密閉容器中，初始?jí)簭?qiáng)為p1，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)總壓強(qiáng)為p2，則平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為_________________（忽略副反應(yīng)）。

（2）工業(yè)上常用CH4與水蒸氣在一定條件下來(lái)制取H2，其反應(yīng)原理為：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H＝＋203kJ·mol－1，在容積為3L的密閉容器中通入物質(zhì)的量均為3mol的CH4和水蒸氣，在一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得平衡時(shí)H2的體積分?jǐn)?shù)與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

壓強(qiáng)為p1時(shí)，在N點(diǎn)：v正_______v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，N點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________mol2·L－2。

Answer 1

【答案】CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H＝+90kJ/mol 升高溫度 提高甲醇的轉(zhuǎn)化率，并有利于抑制CO的生成 （p2/p1-1）×100% 大于 48

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律確定熱化學(xué)方程式；再利用三段式進(jìn)行計(jì)算；

（2）根據(jù)圖像，N點(diǎn)向上移動(dòng)到60%時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，正向移動(dòng)；利用平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度根據(jù)方程式計(jì)算K。

（1）①根據(jù)蓋斯定律，主反應(yīng)+副反應(yīng)即可得到CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H＝+90kJ/mol；提高CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率需要平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度即可提高反應(yīng)速率，又可提高甲醇的轉(zhuǎn)化率；

②適當(dāng)增大水醇比[n(H2O)：n(CH3OH)]，可使副反應(yīng)逆向移動(dòng)，減少CO的生成，增大甲醇的轉(zhuǎn)化率；

③ CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)

初始：1 1

反應(yīng)：x x x 3x

平衡：1-x 1-x x 3x

在恒溫、恒容密閉中，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，2：（2+2x）=p1：p2；解得x=p2/p1-1，甲醇的轉(zhuǎn)化率=x/1×100%=（p2/p1-1）×100%；

（2）根據(jù)圖像可知，壓強(qiáng)為p1時(shí)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，即生成氫氣的物質(zhì)的量增大，平衡正向移動(dòng)，則v正大于v逆；平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)為60%，則

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

初始：3 3

反應(yīng)：x x x 3x

平衡：3-x 3-x x 3x

3x/（6+2x）=60%，解得x=2，平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度分別為1/3mol/L、1/3mol/L、2/3mol/L、2mol/L，K=2/3×23/（1/3×1/3）=48。