Question

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。

（1）工业上可用煤制天然气，生产过程中有多种途径生成CH₄。

写出CO与H₂反应生成CH₄和H₂O的热化学方程式____________

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

C(s)+2H₂(g)CH₄(g) ΔH＝－73kJ·mol^－1

2CO(g)C(s)+CO₂(g) ΔH＝－171kJ·mol^－1

（2）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中

通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式____________。

（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g)。在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L^－1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示，则压强P₁_________P₂（填“大于”或“小于”）；压强为P₂时，在Y点：v(正)___________v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。 求Y点对应温度下的该反应的平衡常数K=__________。（计算结果保留两位有效数字）

（4）以二氧化钛表面覆盖CuAl₂O₄为催化剂，可以将CH₄和CO₂直接转化成乙酸。

①在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图2所示。250~300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是________________。

②为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是________________。

Answer

CO (g)+3H2(g)CH4(g)+ H2O(g) ΔH＝－203kJ·mol－1 2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓ 小于 大于 1.6mol2/L2 温度超过250oC时，催化剂的催化效率降低 增大反应压强或增大CO2的浓度

【解析】

（1）根据盖斯定律，CO与H2反应生成CH4和H2O的热化学方程式为CO (g) + 3H2(g)CH4(g) + H2O(g) ΔH＝－203kJ·mol－1；故答案为CO (g) + 3H2(g)CH4(g) + H2O(g) ΔH＝－203kJ·mol－1；

（2）一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，NH4HS能够与空气中的氧气反应得到单质硫从而使吸收液再生，其化学方程式为2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓，故答案为2NH4HS＋O2＝2NH3·H2O＋2S↓；

（3）反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)是一个气体分子数增大的反应，增大压强，化学平衡向气体分子数减小的逆向进行，平衡转化率减小；而同温条件下，压强P1时的转化率大于压强P2时的转化率，因此压强P1小于P2；压强为P2时，在Y点，由于还未达到平衡状态，反应一直向正向进行着，因此v(正)大于v(逆)；由图1可知，在Y点对应温度下，该反应平衡转化率为0.8，则化学平衡常数的计算过程如下：

CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)

起始浓度（mol/L） 0.1 0.1 0 0

转化浓度（mol/L） 0.08 0.08 0.16 0.16

平衡浓度（mol/L） 0.02 0.02 0.16 0.16

平衡常数K= mol2/L2；

故答案为小于、大于、1.6mol2/L2；

（4）①根据图像，250~300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低；故答案为温度超过250oC时，催化剂的催化效率降低；

②CH4与CO2转化为乙酸的反应可表示为CH4+CO2CH3COOH，由于反应的ΔH未知，因此为了提高CH4的转化率，采用增大反应压强或增大CO2的浓度的方式来提高CH4的转化率。故答案为增大反应压强或增大CO2的浓度。