Question

2．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）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
工業(yè)上可用煤制天然氣，生產(chǎn)過(guò)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CO（g）+3H₂（g）CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•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）用天然氣制取H₂的原理為：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(cè)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(shí)，在Y點(diǎn)：v（正）大于v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）． 求Y點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.6mol²•L^-2．（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(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過(guò)250°C時(shí)，催化劑的催化效率降低．
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反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO₂的濃度．

Answer 1

分析 （1）已知：Ⅰ．CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₁=-41kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H₂=-73kJ•mol^-1
Ⅲ．2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H₃=-171kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅲ-Ⅰ+Ⅱ可得：CO （g）+3H₂（g） CH₄（g）+H₂O；
（2）氧氣將-2價(jià)S氧化為S單質(zhì)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)的書寫方法書寫反應(yīng)；
（3）溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小；
Y點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)化率小于同溫同壓下平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡；
溫度為1100℃，壓強(qiáng)為P₂時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡時(shí)甲烷濃度變化量為0.1mol•L^-1×70%=0.1mol，計(jì)算平衡時(shí)各組分濃度，代入K=$\frac{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{4}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（4））①由圖可知，該催化劑在250℃左右時(shí)催化劑效率最高；
②提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，改變條件應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，注意不能只增大甲烷的濃度，否則甲烷的轉(zhuǎn)化率降低．

解答 解：（1）已知：Ⅰ．CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H₁=-41kJ•mol^-1
Ⅱ．C（s）+2H₂（g）?CH₄（g）△H₂=-73kJ•mol^-1
Ⅲ．2CO（g）?C（s）+CO₂（g）△H₃=-171kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅲ-Ⅰ+Ⅱ可得：CO （g）+3H₂（g） CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1，
故答案為：CO （g）+3H₂（g） CH₄（g）+H₂O（g）△H=-203kJ•mol^-1；
（2）氧氣將-2價(jià)S氧化為S單質(zhì)，反應(yīng)方程式為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓，故答案為：2NH₄HS+O₂=2NH₃•H₂O+2S↓；
（3）溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，故壓強(qiáng)P₁＜P₂；Y點(diǎn)甲烷轉(zhuǎn)化率小于同溫同壓下平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)向正反應(yīng)進(jìn)行建立平衡，則v（正）＞v（逆；溫度為1100℃，壓強(qiáng)為P₂時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡時(shí)甲烷濃度變化量為0.1mol•L^-1×70%=0.07mol，則：
               CO₂（g）+CH₄（g）═2CO（g）+2H₂（g）
起始濃度（mol/L）：0.1  0.1        0       0
變化濃度（mol/L）：0.07   0.07   0.14    0.14
平衡濃度（mol/L）：0.03   0.03   0.14    0.14
故平衡常數(shù)K=K=$\frac{{c}^{2}（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{4}）}$=$\frac{0.1{4}^{2}×0.1{4}^{2}}{0.03×0.03}$（mol．L）²=1.6 mol²•L^-2，
故答案為：小于；大于；1.6 mol²•L^-2；
（4））①由圖可知，該催化劑在250℃左右時(shí)催化劑效率最高，溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低，
故答案：溫度超過(guò)250℃時(shí)，催化劑的催化效率降低；
②提高該反應(yīng)中CH₄的轉(zhuǎn)化率，改變條件應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，縮小容器體積增大壓強(qiáng)、增大CO₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大反應(yīng)壓強(qiáng)或增大CO₂的濃度．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象、蓋斯定律的應(yīng)用等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．