Question

【题目】以甲醇为原料制取高纯H2是重要的研究方向。回答下列问题：

（1）甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应。

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

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

①甲醇在催化剂作用下裂解可得到H2和CO，反应的热化学方程式为__________________，既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_________________________。

②适当增大水醇比[n(H2O)：n(CH3OH)]，有利于甲醇水蒸气重整制氢，理由是___________。

③某温度下，将n(H2O)：n(CH3OH)＝1：1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为_________________（忽略副反应）。

（2）工业上常用CH4与水蒸气在一定条件下来制取H2，其反应原理为：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) △H＝＋203kJ·mol－1，在容积为3L的密闭容器中通入物质的量均为3mol的CH4和水蒸气，在一定条件下发生上述反应，测得平衡时H2的体积分数与温度及压强的关系如图所示。

压强为p1时，在N点：v正_______v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，N点对应温度下该反应的平衡常数K＝________mol2·L－2。

Answer 1

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

【解析】

（1）根据盖斯定律确定热化学方程式；再利用三段式进行计算；

（2）根据图像，N点向上移动到60%时，达到平衡状态，正向移动；利用平衡时各物质的浓度根据方程式计算K。

（1）①根据盖斯定律，主反应+副反应即可得到CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) △H＝+90kJ/mol；提高CH3OH平衡转化率需要平衡正向移动，反应为吸热反应，升高温度即可提高反应速率，又可提高甲醇的转化率；

②适当增大水醇比[n(H2O)：n(CH3OH)]，可使副反应逆向移动，减少CO的生成，增大甲醇的转化率；

③ CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)

初始：1 1

反应：x x x 3x

平衡：1-x 1-x x 3x

在恒温、恒容密闭中，压强之比等于物质的量之比，2：（2+2x）=p1：p2；解得x=p2/p1-1，甲醇的转化率=x/1×100%=（p2/p1-1）×100%；

（2）根据图像可知，压强为p1时，氢气的体积分数为60%时，反应达到平衡状态，即生成氢气的物质的量增大，平衡正向移动，则v正大于v逆；平衡时氢气的体积分数为60%，则

CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

初始：3 3

反应：x x x 3x

平衡：3-x 3-x x 3x

3x/（6+2x）=60%，解得x=2，平衡时，各物质的浓度分别为1/3mol/L、1/3mol/L、2/3mol/L、2mol/L，K=2/3×23/（1/3×1/3）=48。