Question

【題目】對甲烷和CO2的高效利用不僅能緩解大氣變暖，而且對日益枯竭的石油資源也有一定的補充作用，甲烷臨氧耦合CO2重整反應有：

反應①：

反應②：

(l)CO燃燒的熱化學方程式為 △H=____kJ/mol

(2)一定條件下，將CH4與CO2以體積比1:1置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應，下列能說明反應達到平衡狀態(tài)的有____。

A．體系密度保持不變 B．容器中壓強保持不變

C．H2和CO的體積比保持不變 D．每消耗lmolCH4的同時生成2mol CO

(3)重整反應中存在著副反應產(chǎn)生的積碳問題。加入少量的Na2CO3可不斷消除積碳。請用化學方程式表示其反應過程：____，。

(4)已知甲烷臨氧藕合CO2重整反應體系中還有反應③： 。在密閉容器中，重整反應①②③在1073K時催化下達到平衡，發(fā)現(xiàn)n(H2)/n(CO)<l，請從平衡移動的角度解釋原因____。如果投料時增加氧氣比例，下列預測可能錯誤的是____(填編號)。

A．氫氣總產(chǎn)量減少 B．反應①的甲烷轉(zhuǎn)化率升高

C．會產(chǎn)生副反應 D．對反應②的平衡無影響

(5)溫度對重整反應體系中反應物平衡轉(zhuǎn)化率，平衡時氫氣、一氧化碳和水的物質(zhì)的量影響如圖所示。若CH4與CO2的起始投料相等，則起始時n(CH4)=___mol，在1000K時反應③的平衡常數(shù)K為____

Answer 1

【答案】-282.7 kJ·mol-1 B C + Na2CO3Na2O + 2CO 溫度較高，反應①是放熱反應，利于平衡向逆方向移動，生成氫氣量減少；而反應③是吸熱反應，利于平衡向正方向移動，消耗氫氣量增多且CO生成量增多，從而n（H2）/n（CO）小于1 AD 1 3.5

【解析】

（1）通過蓋斯定律，反應①-反應②即可解答；

（2）A.根據(jù)和質(zhì)量守恒定律分析；；

B.反應前后氣體總體積相等壓強不能判斷平衡，反應前后氣體總體積不相等壓強能判斷平衡；

C.各物質(zhì)體積分數(shù)保持不變可判斷平衡；

D.物質(zhì)的變化判斷平衡需要有正反應也有逆反應，還要符合計量數(shù)之比；

（3）題干已知反應中有Na2O參與反應，所以前一步反應應該是有Na2O生成，再根據(jù)氧化還原寫方程式；

（4）n（H2）/n（CO）小于1，那么n（H2）減小，n（CO）增大，利用平衡分析各反應如何移動使n（H2）減小，n（CO）增大；結(jié)合濃度對化學平衡的移動作答；

（5）由于該體系中存在三個反應，可以通過設未知數(shù)解答，利用圖中和三個反應共同的物質(zhì)數(shù)量關系解未知數(shù)，最后將反應③各物質(zhì)的物質(zhì)的量求出，利用平衡常數(shù)計算公式計算出平衡常數(shù)。

（1）反應①-反應②得 △H=-35.7kJ/mol-247.0kJ/mol=-282.7kJ/mol。答案： △H=-282.7kJ/mol；

（2）A.，氣體總質(zhì)量不變，恒容體積不變，密度保持不變，不能作為判斷平衡的標志；

B.反應前后氣體體積不同，所以壓強保持不變能作為判斷平衡的標志；

C.H2和CO都是生成物，計量數(shù)之比為1：1，反應開始后，體積比保持1：1，不能作為判斷平衡的標志；

D.消耗lmolCH4是正反應方向，生成2mol CO也是正反應方向，所以不能作為判斷平衡的標志；

答案：B。

（3）從已知反應可以知道，加入Na2CO3消除積碳，反應會有Na2O生成，故反應方程式為：C + Na2CO3 Na2O + 2CO。答案：C + Na2CO3 Na2O + 2CO；

（4）反應②中CO和H2化學計量數(shù)之比為1：1，平衡移動會同等程度增大或減小，不影響n(H2)/n(CO)；反應①是放熱反應，1073K時溫度較高，反應①平衡向逆方向移動，生成氫氣量相對減少；而反應③是吸熱反應，利于反應③平衡向正方向移動，消耗氫氣量增多且CO生成量增多，從而導致n（H2）/n（CO）小于1。投料時增加氧氣比例，反應①正向移動，CH4轉(zhuǎn)化率升高，進而導致反應②平衡逆向移動，氫氣總產(chǎn)量無法判斷；氧氣比例升高會與CH4反應生成CO2，所以會產(chǎn)生副反應，故A、D錯誤。答案：溫度較高，反應①是放熱反應，利于平衡向逆方向移動，生成氫氣量減少；而反應③是吸熱反應，利于平衡向正方向移動，消耗氫氣量增多且CO生成量增多，從而n（H2）/n（CO）小于1；AD；

（5）設在1000K時起始時的n（CH4）=n（CO2）=xmol，參與反應①中各物質(zhì)物質(zhì)的量變化Δn（CH4）=Δn（CO）=1/2Δn（H2）=y mol，參與反應②中各物質(zhì)物質(zhì)的量變化Δn（CH4）=Δn（CO2）=1/2Δn（CO）=1/2Δn（H2）=z mol，而在反應③中Δn（H2O）=Δn（CO2）=Δn（CO）=Δn（H2）=0.4mol，因為，所以，則y=0.4mol；而對于H2則有2y+2z-0.4=1.3，所以z=0.45；，代入解得x=1mol。在1000K時反應到平衡時，n（CO2）=0.15mol，n(H2)=1.3mol，n(CO)=1.7mol，n(H2O)=0.4mol，設容器體積為V，則平衡常數(shù)。答案： 1；3.5。