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解答题-原理综合题 适中0.65 引用1 组卷288
CO和H2在工业上常作为重要的化工原料,其混合气称为合成气。工业上CH4—H2O 催化重整是目前大规模制取合成气的重要方法,其原理为:
反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)       ∆H1 = +210kJ/mol
反应Ⅱ:CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)       ∆H2 =﹣41kJ/mol
(1)CH4(g)、H2O(g)反应生成 CO2(g)、H2(g)的热化学方程式是 ___________________________
(2)反应Ⅰ达到平衡的标志是(            )
a.恒温恒容情况下,压强不再改变       b. v(CO):v(H2)=1:3
c.平均相对分子质量不再改变       d.恒温恒容情况下,气体密度不再改变
(3)若容器容积不变,不考虑反应Ⅰ,对反应Ⅱ下列措施可增加 CO 转化率的是(            )
a.升高温度       b.将 CO2 从体系分离       c.充入 He,使体系总压强增大       d.按原投料比加倍投料
(4)某温度下,对于反应Ⅰ,将 n(H2O)∶n(CH4) = 1∶1 的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为 P0,反应达 平衡时总压强为 P1,则平衡时甲烷的转化率为   ____________________________ (忽略副反应)。
(5)将 1molCH4(g) 和 1molH2O(g)加入恒温恒压的密闭容器中(温度 298K、压强 100kPa),发生反应Ⅰ,不考虑 反应Ⅱ的发生,该反应中,正反应速率 v =k ×p(CH4)×p(H2O) , 逆反应速率 v =k ×p(CO)×p3(H2),其中 k 正、k 逆 为速率常数,p 为分压(分压=总压×物质的量分数),则该反应的压强平衡常数 Kp=   ____________________________ (以 k 、k 表示)。若 该条件下 k =4.4×104kPa-1·s-1,当 CH4 分解 20%时,v =   ___________________________kPa·s-1(保留两位有效数字)。
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CO2和CH4是两种主要的温室气体,以CO2和CH4为原料制造更高价值的化学产品是用来缓解温室效应的研究方向,回答下列问题:
(1)工业上CH4-H2O催化重整是目前大规模制取合成气(CO和H2的混合气)的重要方法,其原理为:
反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)H1=+206.4kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) H2=-41kJ·mol-1
CH4(g)和H2O(g)反应生成CO2(g)和H2(g)的热化学方程式是___________,反应Ⅱ逆反应活化能Ea(逆)为124kJ·mol-1,则该反应的Ea(正)活化能为___________kJ·mol-1
(2)将等物质的量CH4(g)和H2O(g)加入恒温恒容的密闭容器中(压强100kPa),发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。
时间/min060120180240300360
压强/kPa100118132144154162162

用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率,即,则反应Ⅰ前180min内平均反应速率v(CH4)=___________kPa·min-1(保留小数点后2位,下同),300min时,测得氢气压强[p(H2)]为105kPa,KP为用气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则反应Ⅱ平衡常数KP=___________
(3)若反应Ⅱ的正、逆反应速率分别可表示为v=kc(CO)·c(H2O);v=kc(CO2)·c(H2),k、k分别为正、逆反应速率常数,c为物质的量浓度。一定温度下,在体积为1L的恒容密闭容器中加入4molH2O(g)和4molCO(g)发生上述反应,测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如下图所示。

①下列说法中,说明上述反应达到平衡状态的是___________
a、容器中的压强不再变化时                                     b、v(H2O)=v(H2)
c、c(CO):c(H2O):c(CO2):c(H2)=1:1:4:4 d、n(CO):n(H2O)=1:1,保持不变
②a点时,v:v=___________
甲醇是一种高效清洁的新能源,已知在常温常压下:
① CO2(g)+3H2(g) = CH3OH(l)+ H2O(l) ΔH1=-184.0 kJ/mol
② 2H2 (g)+ O2(g) = 2H2O(l) ΔH2=-572.0 kJ/mol
(1)则表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式__________________________________
在恒温恒容的密闭容器中,工业上常用反应①:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1<0 制备甲醇;其中的原料气常用反应②:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH2 来制备。根据题意完成下列各题:
(2)判断反应①达到平衡状态的标志是__________(填字母)。
a.容器中气体的压强不变                       b.CO 和CH3OH 浓度相等
c.V 消耗(CH3OH)= V 生成(CO)   d.容器中混合气体的密度保持不变
e.混合气体的平均相对分子质量不发生变化
(3)欲提高反应①中CO 的转化率,下列措施可行的是_____(填字母)。       
a. 减小容器容积                         b.升高温度
c.向装置中再充入He                    d.向装置中再充入H2
(4)一定条件下,反应②中CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示。

H2_______0(填“<”、“>”或“=”),在T ℃ 时的10L 密闭容器中,充入2 mol CH4和 3mol H2O(g)发生反应②,经过 5 min 达到平衡,此时 CH4的转化率为50%,则从开始到平衡,H2的平均反应速率为____________。若向此10L 密闭容器中,加入2molCH4、5molH2O(g)、2molCO、和3mol H2发生反应②,若温度仍为T ℃,此时V(正)_____V(逆)(填“<”、“>”或“=”)。
(5)若某温度下,将 2mol CH4(g) 和2mol H2O(g) 加入压强为200 kPa 的恒压密闭容器中发生反应②,正反应速率 V = K × P(CH4) × P(H2O), 逆反应速率V = K×P(CO)×P3(H2),P 为分压(分压=总压x 物质的量分数),则该反应的压强平衡常数KP =_____________( 以KK表示)。若 K = 4.4×104 kPa-1· s-1,当CH4消耗20% 时,V=___________ kPa-1· s-1 (保留两位有效数字)

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