题目内容
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
Ⅰ．制取氢气
已知：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ?mol-1
CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ?mol-1
以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法
（1）请写出CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式
（2）若将0.1molCH4和0.2molH2O（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?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为
②图中的p1 p2（填“＜”、“＞”或“=”）
（3）若在100℃，p1压强下，将xmolCH4，0.75molH2O（g）、0.025molCO、0.075molH2通入体积为10L的密闭容器里，一段时间后达到平衡时，CH4的转化率仍为（2）相同，则x= mol
Ⅱ．制备甲醇
（4）在压强为0.1Mpa条件下，将amolCO 与3molH2的混合气体在催化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．充入He，使体系总压强增大
B．在充入1molCO和3molH2
C．升高温度
D．将CH3OH（g）从体系中分离出来
E．使用更高效的催化剂
Ⅲ．合成乙酸．
（5）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%），若室温下降amol?L-1的乙酸溶液和bmol?L-1，Ba（OH）2溶液等体积混合，恢复室温后2c（Ba2+）=c（CH3COO-），请用含a和b的代数式表示混合溶液中乙酸的电离平衡常数Ka= ．
Ⅰ．制取氢气
已知：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ?mol-1
CH4（g）+CO2（g）?2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ?mol-1
以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法
（1）请写出CH4（g）与H2O（g）反应生成CO2（g）和H2（g）的热化学方程式
（2）若将0.1molCH4和0.2molH2O（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?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为
②图中的p1
（3）若在100℃，p1压强下，将xmolCH4，0.75molH2O（g）、0.025molCO、0.075molH2通入体积为10L的密闭容器里，一段时间后达到平衡时，CH4的转化率仍为（2）相同，则x=
Ⅱ．制备甲醇
（4）在压强为0.1Mpa条件下，将amolCO 与3molH2的混合气体在催化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．充入He，使体系总压强增大
B．在充入1molCO和3molH2
C．升高温度
D．将CH3OH（g）从体系中分离出来
E．使用更高效的催化剂
Ⅲ．合成乙酸．
（5）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
考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）利用盖斯定律解答，从待求反应出发分析反应物生成物在所给反应中的位置，通过相互加减可得；
（2）①根据图象判断100℃时甲烷的转化率，根据反应方程式及甲烷的物质的量计算出生成氢气的物质的量，再根据反应速率的表达式计算出用H2表示该反应的平均反应速率；
②转化率与温度、压强图象有三个变量，采用“定一议二”方法判断压强大小；
（3）根据投料相等即转化率相等，结合极限转化法计算；
（4）根据化学平衡移动原理，增加甲醇产率，使化学平衡正向移动即可；
（5）加成反应的原子利用率100%，根据电荷守恒判断c（CH3COO-）=2c（Ba2+）=bmol/L，再根据物料守恒计算出c（CH3COOH）；
根据电荷守恒可得c（OH-）=c（H+），溶液显示中性；根据醋酸的电离平衡常数表达式及溶液中醋酸、醋酸根离子和氢离子浓度进行计算．
（2）①根据图象判断100℃时甲烷的转化率，根据反应方程式及甲烷的物质的量计算出生成氢气的物质的量，再根据反应速率的表达式计算出用H2表示该反应的平均反应速率；
②转化率与温度、压强图象有三个变量，采用“定一议二”方法判断压强大小；
（3）根据投料相等即转化率相等，结合极限转化法计算；
（4）根据化学平衡移动原理，增加甲醇产率，使化学平衡正向移动即可；
（5）加成反应的原子利用率100%，根据电荷守恒判断c（CH3COO-）=2c（Ba2+）=bmol/L，再根据物料守恒计算出c（CH3COOH）；
根据电荷守恒可得c（OH-）=c（H+），溶液显示中性；根据醋酸的电离平衡常数表达式及溶液中醋酸、醋酸根离子和氢离子浓度进行计算．
解答：
解：（1）①CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=206.2kmol-1
②CH4（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，
故答案为：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=165.0kmol-1．
（2）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 mol?L-1?min-1，
故答案为：0.0030mol?L-1?min-1 ；
②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；故答案为：＜；
（3）CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）
初始量：xmol 0.75mol 0.025mol 0.075mol
极限转化：x+0.025 0.75+0.025 0 0
则x+0.025=0.1，所以x=0.075mol，故答案为：0.075mol；
（4）A．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，故正确；
C．该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故错误；
D．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，故正确；
故选BD．
（5）由于混合液为中性，则c（OH-）=c（H+），根据电荷守恒可得c（CH3COO-）=2c（Ba2+）=bmol/L，则溶液中醋酸的浓度为：c（CH3COOH）=0.5amol/L-c（CH3COO-）=（0.5a-b）mol/L；
反应平衡时溶液中c（CH3COO-）=2c（Ba2+）=bmol/L，根据电荷守恒可得c（OH-）=c（H+），所以溶液显示中性，常温下的中性溶液中c（OH-）=c（H+）=10-7mol/L，
醋酸的电离平衡常数为：K=
=
=
．
故答案为：
．
②CH4（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，
故答案为：CH4（g）+2H2O（g）═CO2（g）+4H2（g）△H=165.0kmol-1．
（2）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=
| ||
| 5min |
故答案为：0.0030mol?L-1?min-1 ；
②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；故答案为：＜；
（3）CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）
初始量：xmol 0.75mol 0.025mol 0.075mol
极限转化：x+0.025 0.75+0.025 0 0
则x+0.025=0.1，所以x=0.075mol，故答案为：0.075mol；
（4）A．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，故正确；
C．该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故错误；
D．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，故正确；
故选BD．
（5）由于混合液为中性，则c（OH-）=c（H+），根据电荷守恒可得c（CH3COO-）=2c（Ba2+）=bmol/L，则溶液中醋酸的浓度为：c（CH3COOH）=0.5amol/L-c（CH3COO-）=（0.5a-b）mol/L；
反应平衡时溶液中c（CH3COO-）=2c（Ba2+）=bmol/L，根据电荷守恒可得c（OH-）=c（H+），所以溶液显示中性，常温下的中性溶液中c（OH-）=c（H+）=10-7mol/L，
醋酸的电离平衡常数为：K=
| c(H+)?c(CH3COO-) |
| c(CH3COOH) |
| 10-7×b |
| 0.5a-b |
| 2b×10-7 |
| a-2b |
故答案为：
| 2b×10-7 |
| a-2b |
点评：本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素及读图能力等，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．注意控制变量法与定一议二原则应用．
练习册系列答案
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