Question

（16分）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH4。

（1）写出CO2与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式 。

已知： ① CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH＝－41kJ·mol－1

② C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH＝－73kJ·mol－1

③ 2CO(g)C(s)+CO2(g) ΔH＝－171kJ·mol－1

（2）另一生成CH4的途径是CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)。其他条件相同时，H2的平衡转化率在不同压强下随温度的变化如图所示。

①该反应的△H 0（填“＜”、“＝”或“＞”）。

②实际生产中采用图中M点而不是N点对应的反应条件，运用化学反应速率和平衡知识，同时考虑生产实际，说明选择该反应条件的理由________________________。

③某温度下，将0.1 mol CO和0.3 mol H2充入10L的密闭容器内发生反应CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)，平衡时H2的转化率为80%，求此温度下该反应的平衡常数K。（写出计算过程，计算结果保留两位有效数字）

 

Answer 1

（1）CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－162kJ·mol－1 （3分，热化学方程式2分，数据1分）

（2）①＜ （3分）

②相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高。 （3分）

③（7分）

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

起始时各物质浓度/ mol·L－1： 0.01 0 .03 0 0

平衡时各物质浓度/ mol·L－1 0.002 0.006 0.008 0.008

（以上3分）

K＝＝＝0.148×106

（1分） （1分） （2分，数据和单位各1分）

【解析】

试题分析：

⑴先写出该反应的方程式，并标明各物质的状态：CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）；将“②+③-①×2”能得该反应方程式，再根据盖斯定律可计算该反应的反应热△H＝（-73kJ?mol-1）+（-171kJ?mol-1）-（-41kJ?mol-1）×2＝-162kJ?mol-1，综上便可写出完整的热化学方程式。

⑵①由图可知，压强一定时，升高温度，平衡时氢气的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，则△H＜0；

②相对于N点而言，采用M点，温度在500-600K之间，温度较高，反应速率较快，氢气的平衡转化率也较高，压强为常压对设备要求不高；

③平衡时H2的转化率为80%，参加反应氢气的物质的量=0.3mol×80%=0.24mol，则氢气的浓度变化量==0.024mol/L，然后结合三段分析如下：

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

开始（mol/L）：0.01   0.03     0       0

变化（mol/L）：0.008  0.024   0.008    0.008

平衡（mol/L）：0.002    0.006  0.008     0.008

故平衡常数K＝＝＝0.148×106 。

考点：考查盖斯定律、化学反应速率和化学平衡。