Question

【题目】甲烷广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑气之中，是优质的气体燃料，更是制造许多化工产品的重要原料．
（1）制取氢气
已知：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJmol﹣1
CH4（g）+CO2（g）2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJmol﹣1
（i）请写出CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式
（ii）若将0.1mol CH4和0.1mol H2O（g）通入体积为10L的密闭容器里，在一定条件下发生反应：
CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率
②该反应的化学平衡常数；
③图中的p1p2（填“＜”、“＞”或“=”）；

（2）制备甲醇
在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与3amol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H＜0．若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
A.升高温度
B.再充入1mol CO和3mol H2
C.将CH3OH（g）从体系中分离
D.充入He，使体系总压强增大
E.使用更高效的催化剂
（3）合成乙酸
甲烷直接合成乙酸具有重要的理论意义和应用价值．光催化反应技术使用CH4和（填化学式）直接合成乙酸，且符合“绿色化学”的要求（原子利用率100%）．

Answer 1

【答案】
（1）CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kmol﹣1；0.003mol/（L．min）；6.75×10﹣4（mol/L）2；＜
（2）BC
（3）CO2
【解析】解：（1）（i）①CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=206.2kmol﹣1②CH4（g）+CO2（g）═2CO（g）+2H2（g）△H=247.4kJmol﹣1
由盖斯定律，①×2﹣②得：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kmol﹣1 ，
所以答案是：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kmol﹣1；（ii）将1.0mol CH4和2.0mol H2O （ g ）通入容积固定为10L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：

	CH4 （g）+	H2O （g）	=	CO （g）+	3H2 （g）
起始量（mol）：	1.0	2.0		0	0
变化量（mol）：	0.5	0.5		0.5	1.5
平衡量（mol）：	0.5	1.5		0.5	1.5

①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率= =0.003 molL﹣1min﹣1 ，
所以答案是：0.0030molL﹣1min﹣1； ②该反应的化学平衡常数K= = =6.75×10﹣4（mol/L）2 ， 所以答案是：6.75×10﹣4（mol/L）2；③通过图表可知当温度相同时，p2→p1时，甲烷的转化率提高，平衡向正向移动，正向为气体系数增大的反应，根据减小压强平衡向系数增大的方向移动可知：p1＜p2 ， 所以答案是：＜；（2）A．该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故A错误；
B．再充入1mol CO和3molH2 ， 增大压强，平衡右移，有利提高甲醇的产率，故B正确；
C．将CH3OH（g）从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率，故C正确；
D．充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率，故D错误；
E．使用催化剂能改变反应速率，但平衡不移动，故E错误；
故选BC；（3）利用加成反应可以使原子利用率100%，现有甲烷（CH4）与另一种化合物发生加成反应生成CH3COOH，根据原子守恒可知另一物质为CO2 ， 所以答案是：CO2 ．