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【题目】合成气(CO+H2)可利用甲烷与水蒸气重整反应制得。

(1)已知:①H2(g)+O2(g)=H2O(g) H1=-242kJmol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H2=-576kJmol-1

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H3=-802.6KJmo1-1

则甲烷和水蒸气重整反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H4=____。该反应的活化能E1=240.1kJmol-1,则逆反应的活化能E2=____

(2)重整反应中CH4的平衡转化率与温度、压强关系[其中n(CH4):n(H2O)=11]如图1所示。

①图中A点的平衡常数KP=___(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数),比较ABC三点的平衡常数Kp(A)、KP(B)、KP(C)由大到小的顺序为___

②图中压强P1P2P3由大到小的顺序为___,理由是____

(3)在恒容密闭容器中充入2molCH4H2O(曲混合气体,且CH4H2O(g)的物质的量之比为x,相同温度下测得H2平衡产率与x的关系如图2所示。请比较ab两点CH4的转化率a___b点(填“=”下同),ac(CH4)___bc[H2O(g)]。当x=1时,下列叙述正确的是____(填序号)。

A.平衡常数K最大 BCH4的转化率最大

C.氢气的产率最大 D.合成气的浓度最大

【答案】+211.4kJmol-1 28.7kJmol-1 KpC)>KpB)>KpA P3P2P1 其他条件不变时,压强增大,平衡左移,甲烷的转化率减小 = CD

【解析】

(1)根据盖斯定律计算;正反应为吸热反应,正反应活化能等于逆反应活化能与反应热之和;
(2)用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,平衡常数Kp等于生成物分压幂之积与反应物分压幂之积比值;
反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)为放热反应,温度越高,平衡常数越大;
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)是气体体积增大的反应,由图知温度不变时压强P1P2P3下甲烷转化率逐渐减小;
(3)两种反应物存在,增加其中一种反应物的量,能使另一种反应物的转化率提高。

(1)(1)已知:①H2(g)+O2(g)=H2O(g)H1=-242kJmol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)H2=-576kJmol-1

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H3=-802.6KJmo1-1

由③-×3-×CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H4=H3-H1×3-H2×=+211.4kJmol-1

正反应活化能等于逆反应活化能与反应热之和,逆反应的活化能E2=E1-H4=240.1kJmol-1-211.4kJmol-1=28.7kJmol-1,故答案为:+211.4kJmol-128.7kJmol-1

(2)①假设甲烷有1mol,水蒸气有1mol,则

平衡后混合气体的总量:(0.8+0.8+0.2+0.6)mol=2.4molP(CH4)=P(H2O)=×4.0MPa=MpaP(CO)=×4.0MPa=MpaP(H2)=×4.0MPa=1MpaA点的平衡常数Kp=

反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)为放热反应,温度升高,平衡右移,平衡常数增大,由图知,ABC三点温度依次升高,故平衡常数大小关系为Kp(C)Kp(B)Kp(A)

故答案为:Kp(C)Kp(B)Kp(A)

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)是气体体积增大的反应,增大压强,平衡左移,甲烷转化率减小,由图知温度不变时压强P1P2P3下甲烷转化率逐渐减小,所以压强P1P2P3由大到小的顺序为P3P2P1,故答案为:P3P2P1;其他条件不变时,压强增大,平衡左移,甲烷的转化率减小;

(3)两种反应物存在,增加其中一种反应物的量,能使另一种反应物的转化率提高,aH2O的含量相对较大,所以aCH4的转化率更高;根据反应方程式分析,CH4H2O是按照11反应的,aCH42O的物质的量之比为911bCH4H2O的物质的量之比为119,所以二者平衡时aCH4的浓度等于bH2O(g)的浓度;

A.平衡常数K只与温度有关,温度不变,K不变,故A错误;

BH2O(g)浓度越大,X越小,CH4的转化率越大,故C错误;

C.由图知当x=1时,氢气的产率最大,故C正确;

D.当x=1时,合成气的浓度最大,故D正确。故答案为:>;=CD

练习册系列答案
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回答下列问题:

1)气体A为:______,滤渣的主要成分是______

2沉钙过程中发生的化学反应方程式为______

3)在NH4C1尾液中加入氧化镁并加热,发生反应的离子方程式为______

4系列操作包含有:______

5)氧化镁可以在尾液处理中循环使用,_____________可循环使用于石灰石制备轻质碳酸钙的过程中。

6)轻质碳酸钙的工业生产还可以使用石灰碳化法:用高品位石灰石焙烧制得生石灰,生石灰消化制得氢氧化钙,再通入二氧化碳制得碳酸钙;本题工艺流程与石灰碳化法,相比,优点是:____________

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弱酸

CH3COOH

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电离平衡常数(常温)

Ka=1.8×10-5

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下列判断正确的是

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已知:

a.R-SH+R’ClRS-R’

b

c

请回答:

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2)下列说法正确的是___________________

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D. 化合物X分子式为C18H18N6OS2

3A→B的化学方程式为__________________________________

4)写出同时符合下列条件的的同分异构体的结构简式:______________

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②分子能水解,且能发生银镜反应

5)设计以甲苯、甲醇为原料合成化合物(用流程图表示,无机试剂任选)________________________________

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