甲烷蒸气转化反应为：CH4(g)+H2O(g)高考资源网(www.1010jiajiao.com)，中国最大的高考网站，您身边的高考专家。CO(g)+3H2(g),工业上可利用此反应生产合成氨原料气H2。答案解析

(08上海嘉定区期末)甲烷蒸气转化反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g),工业上可利用

此反应生产合成氨原料气H₂。

已知温度、压强和水碳比[]对甲烷蒸汽转化反应的影响如下图：

            图1（水碳比为3）                        图2（水碳比为3）                            图3（800℃）

（1）该反应平衡常数K表达式为________________________。

（2）降低反应的水碳比平衡常数K__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）;

升高温度，平衡向____________方向移动（选正反应或逆反应）。

（3）图2中，两条曲线所示温度的关系是：t₁_____t₂（选填>、=或<）；

图1中，在800℃、2MPa比1MPa时的甲烷含量_______（选填高、低或不变），

原因是____________________________________________________

（4）工业生产中使用镍作催化剂。但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，其目的是？

天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。

Ⅰ．在制备合成氨原料气H₂ 中的应用

（1）甲烷蒸汽转化法制H₂的主要转化反应如下：

CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是         。

（2）CO变换反应的汽气比（水蒸气与原料气中CO物质的量之比）与CO平衡变换率

（已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比）的关系如下图所示：

汽气比与CO平衡变换率的关系

析图可知：

① 相同温度时，CO平衡变换率与汽气比的关系是      。

② 汽气比相同时，CO平衡变换率与温度的关系是      。

（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作K_p），则CO变换反应的平衡常数表示式为：K_p=         。随温度的降低，该平衡常数       （填“增大”“减小”或“不变”）。

Ⅱ．在熔融碳酸盐燃料电池中的应用

以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下：

（1）外电路电子流动方向：由   流向    （填字母）。

（2）空气极发生反应的离子方程式是     。

（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e^‑ 转移，有      g 精铜析出。

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中，达到平衡时，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：

CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ??H₁=+216 kJ/mol；

CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ??H₂=+260 kJ/mol

（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是（    ）

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化反应室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄ 转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中平衡时，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=b mol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：

CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；

CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol

（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是（    ）

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化反应室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄ 转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中平衡时，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=bmol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

I．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。工业上可用下列两种反应制备甲醇：

已知：CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)   ΔH₁

CO₂(g) ＋ 3H₂(g)  CH₃OH(g)  +  H₂O(g)   ΔH₂   

2H₂(g)+ O₂(g)=2H₂O(g)   ΔH₃

则2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g) 的反应热ΔH=____  ___（用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示）。

II．工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)。

已知温度、压强和水碳比[n(H₂O)/ n(CH₄)]对甲烷平衡含量的影响如下图：

图1（水碳比为3）                         图2（800℃）

（1）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是                             。

（2）其他条件不变，请在图2中画出压强为2 MPa时，CH₄平衡含量与水碳比之间关系曲线。（只要求画出大致的变化曲线）

（3）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在1L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，求这6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字。） 

III．某实验小组设计如图a所示的电池装置，正极的电极反应式为____                      ____。

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)；△H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g)； △H₂=+260kJ/mol（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中，达到平衡时，容器中n(CH₄)=amol,n(CO)=bmol

n(H₂)=cmol,则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。

（1）制备合成氨原料气H₂，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：

CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是                  。

（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。

② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH₃的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____           ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO₂时，有          mol 电子发生转移。

开发使用清洁能源，发展“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

（1）甲烷水蒸气转化法制H2的主要转化反应如下：

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)  △H=+206．2 kJ·mol－1

CH4(g) + 2H2O(g)CO2(g) + 4H2(g)  △H=+165．0 kJ·mol－1

上述反应所得原料气中的CO能使合成氨的催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是        。

（2）生产甲醇的原料CO和H2来源于：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)  ΔH>0

①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则A、B、C三点处对应平衡常数（KA、KB、KC）的大小关系为___________。(填“<”、“>”、“=” )；

②100℃时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为1 L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是__________

a．容器内气体密度恒定  

b．单位时间内消耗0．1 mol CH4同时生成0．3 mol H2

c．容器的压强恒定      

d．3v正(CH4) = v逆(H2)

（3）25℃时，在20mL0．1mol/L氢氟酸中加入VmL0．1mol/LNaOH溶液，测得混合溶液的pH变化曲线如图所示，下列说法正确的是_____。

A．pH＝3的HF溶液和pH＝11的NaF溶液中， 由水电离出的c(H+)相等

B．①点时pH＝6，此时溶液中，c(F－)－c(Na+)＝9．9×10-7mol/L

C．②点时，溶液中的c(F－)＝c(Na+)

D．③点时V＝20mL，此时溶液中c(Na+)＝0．1mol/L

（4）长期以来，一直认为氟的含氧酸不存在。1971年美国科学家用氟气通过细冰末时获得HFO，其结构式为H—O—F。HFO与水反应得到HF和化合物A，该反应的化学方程式为                      。

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：

CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216 kJ/mol；

CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260 kJ/mol

（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是（    ）

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化反应室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄ 转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中平衡时，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=b mol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中，达到平衡时，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中，达到平衡时，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4

竖炉冶铁工艺流程如图，使天然气产生部分氧化，并在特殊的燃烧器中使氧气和天然气燃烧CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反应室发生的反应为：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ??H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ??H₂=+260kJ/mol（不考虑其他平衡的存在），下列说法正确的是

A．增大催化反应室的压强，甲烷的转化率减小

B．催化室需维持在550～750℃，目的仅是提高CH₄转化的速率

C．设置燃烧室的主要目的是产生CO₂和水蒸气作原料气与甲烷反应

D．若催化反应室中，达到平衡时，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,则通入催化反应室的CH₄的物质的量为a+(b+c)/4