Question

某合成氣的主要成分是一氧化碳和氫氣，可用于合成甲醚等清潔燃料。由天然氣獲得該合成氣過程中可能發(fā)生的反應(yīng)有：

①CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)  ΔH₁＝＋206.1 kJ·mol^－1

②CH₄(g)＋CO₂(g)2CO(g)＋2H₂(g)  ΔH₂＝＋247.3 kJ·mol^－1

③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)　ΔH₃

請回答下列問題：

(1)在一密閉容器中進行反應(yīng)①，測得CH₄的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖1所示。

圖1

反應(yīng)進行的前5 min內(nèi)，v(H₂)＝________；10 min時，改變的外界條件可能是______________________________________________________________。

(2)如圖2所示，在甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和CO₂，使甲、乙兩容器初始容積相等。在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)②，并維持反應(yīng)過程中溫度不變。已知甲容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率隨時間的變化如圖3所示，請在圖3中畫出乙容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的圖像。

(3)反應(yīng)③中ΔH₃＝________。800 ℃時，反應(yīng)③的平衡常數(shù)K＝1，測得該溫度下密閉容器中某時刻各物質(zhì)的物質(zhì)的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此時反應(yīng)③中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是________(填代號)。

a．v_正>v_逆　                          B．v_正<v_逆

c．v_正＝v_逆　                         D．無法判斷

(4)用該合成氣制取甲醚的化學(xué)方程式為______________________________。

該反應(yīng)的原子利用率為________(設(shè)反應(yīng)完全進行，用質(zhì)量百分比表示)。

Answer 1

解析　(1)可根據(jù)圖像先計算CH₄的反應(yīng)速率，再計算H₂的生成速率。10 min時，改變的條件不可能是增大容器的體積(否則改變條件的瞬間CH₄濃度應(yīng)突然減小)，由于c(CH₄)減小，平衡右移，故改變的條件可能是升高溫度(或充入水蒸氣)。(2)甲容器反應(yīng)開始后壓強增大，乙容器壓強不變、體積增大，可看成是由甲減壓得到乙，故乙容器的反應(yīng)速率慢，平衡右移，CH₄的轉(zhuǎn)化率大。(3)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①減去反應(yīng)②即可得到反應(yīng)③，進而通過計算求得ΔH₃。根據(jù)濃度商：＝0.94<K＝1，可知反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，即

v_正>v_逆。(4)根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2CO＋4H₂===CH₃OCH₃＋H₂O，可以求出甲醚質(zhì)量占反應(yīng)物總質(zhì)量的71.9%。

答案　(1)0.3 mol·L^－1·min^－1　升高溫度(或充入水蒸氣)

(2)

(3)－41.2 kJ·mol^－1a

(4)2CO＋4H₂===CH₃OCH₃＋H₂O　71.9%