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【题目】Ⅰ.利用甲烷催化还原NOx消除氮氧化物的污染

CH4(g)4NO2(g) 4NO(g)CO2(g)2H2O(g) ΔH1=-574 kJ·mol1

CH4(g)4NO(g) 2N2(g)CO2(g)2H2O(g) ΔH2=-1 160 kJ·mol1

CH4(g)2NO2(g) N2(g)CO2(g)2H2O(g) ΔH3=-867 kJ·mol1

1)如果三个反应的平衡常数依次为K1K2K3,则K3________(K1K2表示)

2)在2L恒容密闭容器中充入1 mol CH42 mol NO2进行反应③,CH4的平衡转化率α(CH4)与温度和压强的关系如图所示。

①若容器中的压强为p2y点:v________(大于”“等于小于”)v

x点对应温度下反应的平衡常数K________

Ⅱ.甲烷蒸气转化法制H2的主要反应为:CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g)

3)在恒容密闭容器中充入2 mol CH4H2O(g)的混合气体,且CH4H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下达到平衡时测得H2的体积分数φ(H2)x的关系如图所示。

CH4的转化率:a________(“>”““<”,下同)b点,CH4(g)的浓度:a________b点,氢气的产率:a________b点。

【答案】 大于 0.25 >

【解析】

Ⅰ.1)分别写出K1K2K3的表达式,可以求出K3K1K2的关系;

2)①y点在p2对应曲线下方,要达到平衡状态,需使甲烷的转化率增大,反应正向进行;

②结合题图1,根据三段式可以求出该温度下反应的平衡常数K

Ⅱ.3x越大,加入的甲烷的量越多,因此甲烷的转化率越低;结合题给图像根据三段式进行分析判断;

Ⅰ.1K1=[c2H2OcCO2c4NO]/[cCH4c4NO2]K2=[c2H2OcCO2c2N2]/[cCH4c4NO]K3=[c2H2OcCO2cN2]/[cCH4c2NO2];所以K32= K1 K2,所以K3

答案是:

2)①y点在p2对应曲线下方,要达到平衡状态,需使甲烷的转化率增大,则y点:v大于v

答案是:大于;

②由题图1可知,x点甲烷的平衡转化率是50%,则有:

CH4(g)2NO2(g) N2(g)CO2(g)2H2O(g)

起始/(mol·L1)0.5 1 0 0 0

转化/(mol·L1)0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

平衡/(mol·L1)0.25 0.5 0.25 0.25 0.5

因此该温度下反应的平衡常数K0.25

答案是:0.25

Ⅱ.3x越大,加入的甲烷的量越多,因此甲烷的转化率越低,故a点甲烷的转化率大于b点甲烷的转化率;当CH4H2O(g)的物质的量之比的比值为9/11时,则起始时,甲烷的物质的量为0.9 molH2O(g)的物质的量为1.1 mol,反应达到平衡时,设CH4转化了n mol,则有:

CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)

起始/(mol) 0.9 1.1 0 0

转化/(mol) n n n 3n

平衡/(mol) 0.9n 1.1n n 3n

此时氢气的体积分数为3n/(22n),当CH4H2O(g)的物质的量之比的比值为11/9时,起始时,甲烷的物质的量为1.1 molH2O(g)的物质的量为0.9 mol,反应达到平衡时,设CH4转化了y mol,则有:

CH4(g)H2O(g) CO(g)3H2(g)

起始/(mol) 1.1 0.9 0 0

转化/(mol) y y y 3y

/(mol) 1.1y 0.9y y 3y

此时氢气的体积分数为3y/(22y),由题图2可知,a点和b点的氢气的体积分数相等,故nya点甲烷的浓度等于b点水蒸气的浓度;两点的氢气产率相等;

故答案是:> =;=。

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