Question

【题目】对甲烷和CO2的高效利用不仅能缓解大气变暖，而且对日益枯竭的石油资源也有一定的补充作用，甲烷临氧耦合CO2重整反应有：

反应①：

反应②：

(l)CO燃烧的热化学方程式为 △H=____kJ/mol

(2)一定条件下，将CH4与CO2以体积比1:1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应，下列能说明反应达到平衡状态的有____。

A．体系密度保持不变 B．容器中压强保持不变

C．H2和CO的体积比保持不变 D．每消耗lmolCH4的同时生成2mol CO

(3)重整反应中存在着副反应产生的积碳问题。加入少量的Na2CO3可不断消除积碳。请用化学方程式表示其反应过程：____，。

(4)已知甲烷临氧藕合CO2重整反应体系中还有反应③： 。在密闭容器中，重整反应①②③在1073K时催化下达到平衡，发现n(H2)/n(CO)<l，请从平衡移动的角度解释原因____。如果投料时增加氧气比例，下列预测可能错误的是____(填编号)。

A．氢气总产量减少 B．反应①的甲烷转化率升高

C．会产生副反应 D．对反应②的平衡无影响

(5)温度对重整反应体系中反应物平衡转化率，平衡时氢气、一氧化碳和水的物质的量影响如图所示。若CH4与CO2的起始投料相等，则起始时n(CH4)=___mol，在1000K时反应③的平衡常数K为____

Answer 1

【答案】-282.7 kJ·mol-1 B C + Na2CO3Na2O + 2CO 温度较高，反应①是放热反应，利于平衡向逆方向移动，生成氢气量减少；而反应③是吸热反应，利于平衡向正方向移动，消耗氢气量增多且CO生成量增多，从而n（H2）/n（CO）小于1 AD 1 3.5

【解析】

（1）通过盖斯定律，反应①-反应②即可解答；

（2）A.根据和质量守恒定律分析；；

B.反应前后气体总体积相等压强不能判断平衡，反应前后气体总体积不相等压强能判断平衡；

C.各物质体积分数保持不变可判断平衡；

D.物质的变化判断平衡需要有正反应也有逆反应，还要符合计量数之比；

（3）题干已知反应中有Na2O参与反应，所以前一步反应应该是有Na2O生成，再根据氧化还原写方程式；

（4）n（H2）/n（CO）小于1，那么n（H2）减小，n（CO）增大，利用平衡分析各反应如何移动使n（H2）减小，n（CO）增大；结合浓度对化学平衡的移动作答；

（5）由于该体系中存在三个反应，可以通过设未知数解答，利用图中和三个反应共同的物质数量关系解未知数，最后将反应③各物质的物质的量求出，利用平衡常数计算公式计算出平衡常数。

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

（2）A.，气体总质量不变，恒容体积不变，密度保持不变，不能作为判断平衡的标志；

B.反应前后气体体积不同，所以压强保持不变能作为判断平衡的标志；

C.H2和CO都是生成物，计量数之比为1：1，反应开始后，体积比保持1：1，不能作为判断平衡的标志；

D.消耗lmolCH4是正反应方向，生成2mol CO也是正反应方向，所以不能作为判断平衡的标志；

答案：B。

（3）从已知反应可以知道，加入Na2CO3消除积碳，反应会有Na2O生成，故反应方程式为：C + Na2CO3 Na2O + 2CO。答案：C + Na2CO3 Na2O + 2CO；

（4）反应②中CO和H2化学计量数之比为1：1，平衡移动会同等程度增大或减小，不影响n(H2)/n(CO)；反应①是放热反应，1073K时温度较高，反应①平衡向逆方向移动，生成氢气量相对减少；而反应③是吸热反应，利于反应③平衡向正方向移动，消耗氢气量增多且CO生成量增多，从而导致n（H2）/n（CO）小于1。投料时增加氧气比例，反应①正向移动，CH4转化率升高，进而导致反应②平衡逆向移动，氢气总产量无法判断；氧气比例升高会与CH4反应生成CO2，所以会产生副反应，故A、D错误。答案：温度较高，反应①是放热反应，利于平衡向逆方向移动，生成氢气量减少；而反应③是吸热反应，利于平衡向正方向移动，消耗氢气量增多且CO生成量增多，从而n（H2）/n（CO）小于1；AD；

（5）设在1000K时起始时的n（CH4）=n（CO2）=xmol，参与反应①中各物质物质的量变化Δn（CH4）=Δn（CO）=1/2Δn（H2）=y mol，参与反应②中各物质物质的量变化Δn（CH4）=Δn（CO2）=1/2Δn（CO）=1/2Δn（H2）=z mol，而在反应③中Δn（H2O）=Δn（CO2）=Δn（CO）=Δn（H2）=0.4mol，因为，所以，则y=0.4mol；而对于H2则有2y+2z-0.4=1.3，所以z=0.45；，代入解得x=1mol。在1000K时反应到平衡时，n（CO2）=0.15mol，n(H2)=1.3mol，n(CO)=1.7mol，n(H2O)=0.4mol，设容器体积为V，则平衡常数。答案： 1；3.5。