Question

【題目】合成氨工業(yè)中的原料氣制取與凈化是重要的環(huán)節(jié)。

（1）已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如下圖：

寫出CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)制取CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式： ___________________。

（2）“CH4-CO2催化重整法”制氫氣：CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋2H2(g)，ΔH

不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義。上述反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表所示。①根據(jù)鍵能計(jì)算，該反應(yīng)的ΔH＝_______kJ·mol－1。

②按一定體積比加入CH4和CO2，在恒壓下發(fā)生反應(yīng)，溫度對(duì)CO和H2產(chǎn)率的影響如圖所示。實(shí)際生產(chǎn)中此反應(yīng)優(yōu)選溫度為900℃，原因是_______________________。

③某溫度下，將1 mol CH4、2 mol CO2以及催化劑進(jìn)行加入2 L容器中，達(dá)到平衡時(shí)α(CH4)＝50%，平衡常數(shù)K=____mol2·L－2。

（3）合成氣在進(jìn)入合成塔前常用醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來(lái)吸收其中的CO雜質(zhì)，其反應(yīng)是：Cu(NH3)2(CH3COO)＋CO＋NH3Cu(NH3)3(CH3COO)·CO　ΔH＜0

必須除去原料氣中CO的原因是_______________________。

醋酸二氨合銅(Ⅰ)吸收CO的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是__________（填序號(hào)）。

A．高溫高壓 B．高溫低壓 C．低溫高壓 D．低溫低壓

Answer 1

【答案】CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g),ΔH＝161.1kJ·mol－1 120 900 ℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低 1/3 防止催化劑中毒 c

【解析】

根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)結(jié)合溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡狀態(tài)的影響解答；根據(jù)轉(zhuǎn)化率利用三段式計(jì)算平衡常數(shù)；

（1）①H2（g）+1/2O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ/mol，②CH4（g）＋3/2O2（g）＝CO（g）＋2H2O（g） △H＝-564.3kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律②-3①疊加計(jì)算得到：CH4(g)＋H2O(g)＝CO(g)＋3H2(g),ΔH＝161.1kJ·mol－1；

（2）①斷裂化學(xué)鍵吸收能量-形成化學(xué)鍵放出能量=）=120kJ，故該反應(yīng)的ΔH＝120kJ·mol－1；

②從圖像中可看出，900℃時(shí)，CO、H2的產(chǎn)率已經(jīng)很高，若繼續(xù)升高溫度，會(huì)增加能源消耗，同時(shí)產(chǎn)率增幅不大，故選擇900℃是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的，故答案為：900 ℃時(shí)，合成氣產(chǎn)率已經(jīng)較高，再升高溫度產(chǎn)率增幅不大，但能耗升高，經(jīng)濟(jì)效益降低；

③ CH4(g)＋CO2(g)2CO (g)＋2H2(g)

起始濃度(mol/L) 0.5 1 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L) 0.25 0.25 0.5 0.5

平衡濃度(mol/L) 0.25 0.75 0.5 0.5

所以其平衡常數(shù)為：（0.52×0.52）/（0.25×0.75）=1/3,故答案為：1/3；

（3）由于CO參與，易使催化劑中毒；該反應(yīng)是氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，故促進(jìn)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，應(yīng)選擇低溫加壓，故答案為：防止催化劑中毒，c。