Question

【题目】合成氨工业中的原料气制取与净化是重要的环节。

（1）已知有关反应的能量变化如下图：

写出CH4(g)与H2O(g)反应制取CO(g)和H2(g)的热化学方程式： ___________________。

（2）“CH4-CO2催化重整法”制氢气：CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋2H2(g)，ΔH

不仅可以得到合成气（CO和H2），还对温室气体的减排具有重要意义。上述反应中相关的化学键键能数据如下表所示。①根据键能计算，该反应的ΔH＝_______kJ·mol－1。

②按一定体积比加入CH4和CO2，在恒压下发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图所示。实际生产中此反应优选温度为900℃，原因是_______________________。

③某温度下，将1 mol CH4、2 mol CO2以及催化剂进行加入2 L容器中，达到平衡时α(CH4)＝50%，平衡常数K=____mol2·L－2。

（3）合成气在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收其中的CO杂质，其反应是：Cu(NH3)2(CH3COO)＋CO＋NH3Cu(NH3)3(CH3COO)·CO　ΔH＜0

必须除去原料气中CO的原因是_______________________。

醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是__________（填序号）。

A．高温高压 B．高温低压 C．低温高压 D．低温低压

Answer 1

【答案】CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g),ΔH＝161.1kJ·mol－1 120 900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低 1/3 防止催化剂中毒 c

【解析】

根据盖斯定律计算；根据反应特点结合温度和压强对平衡状态的影响解答；根据转化率利用三段式计算平衡常数；

（1）①H2（g）+1/2O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ/mol，②CH4（g）＋3/2O2（g）＝CO（g）＋2H2O（g） △H＝-564.3kJ/mol，根据盖斯定律②-3①叠加计算得到：CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g),ΔH＝161.1kJ·mol－1；

（2）①断裂化学键吸收能量-形成化学键放出能量=）=120kJ，故该反应的ΔH＝120kJ·mol－1；

②从图像中可看出，900℃时，CO、H2的产率已经很高，若继续升高温度，会增加能源消耗，同时产率增幅不大，故选择900℃是最经济实用的，故答案为：900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不大，但能耗升高，经济效益降低；

③ CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋2H2(g)

起始浓度(mol/L) 0.5 1 0 0

转化浓度（mol/L) 0.25 0.25 0.5 0.5

平衡浓度(mol/L) 0.25 0.75 0.5 0.5

所以其平衡常数为：（0.52×0.52）/（0.25×0.75）=1/3,故答案为：1/3；

（3）由于CO参与，易使催化剂中毒；该反应是气体体积缩小的放热反应，故促进反应向正反应方向进行，应选择低温加压，故答案为：防止催化剂中毒，c。