Question

天然气水蒸汽重整法是工业上生产氢气的重要方法，反应在 400℃以上进行。l 00kPa 时，在反应容器中通入甲烷与为水蒸汽体积比为1 : 5的混合气体，发生下表反应。

反应方程式	焓变△H(kJ/mol)	600℃时的平衡常数
①CH4(g)+ H2O(g)CO(g)+3H2(g)	a	0.6
②CH4(g)+ 2H2O(g) CO2(g)+4H2 (g)	+165.0	b
③CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2 (g)	-41.2	2.2

请回答下列下列问题：

（1）上表中数据 a=__________; b= ___________    。

（2）对于反应②，既能加快反应又能提高CH₄转化率的措施是_____________。

A.升温    B.加催化剂    C.加压    D.吸收CO₂

（3）下列情况能说明容器中各反应均达到平衡的是___________。

A.体系中H₂O与CH₄物质的量之比不再变化

B.体系中H₂的体积分数保持不变

C.生成n 个CO₂的同时消耗2n个H₂O

D. v_正(CO)= v_逆(H₂)

（4）工业重整制氢中，因副反应产生碳会影响催化效率，需要避免温度过高以减少积碳。该体系中产生碳的反应方程式为 _______________。

（5）平衡时升温，CO含量将_________（选填“增大”或“减小”)。

（6）一定温度下 ，平衡时测得体系中 CO₂和H₂的物质的量浓度分别是0.75mo l/L、4.80mol/L , 则此时体系中CO 物质的量浓度是_______ mol/L。

（7）改变上述平衡体系的温度，平衡时H₂O与CH₄物质的量之比[］值也会随着改变，在图中画出其变化趋势。________________

Answer

+206.2 1.32 A AB CH4 C+2H2 增大 0.6

【解析】

⑴第②个方程式减去第③个方程式，方程式相减，平衡常数相除。

⑵根据影响反应速率和平衡移动的规律进行分析，但是要同时满足：既能加快反应又能提高CH4转化率；

⑶根据正逆反应速率相等，各组分的浓度保持不变及由此衍生的其他物理量进行分析；

⑷甲烷分解生成碳和氢气；

⑸平衡时升温，对反应①是平衡向吸热反应即正向移动，对反应③是平衡向吸热反应即逆向移动。

⑹根据得失电子守恒计算c(CO)平衡时浓度。

⑺反应容器中通入甲烷与为水蒸汽体积比为1 : 5的混合气体，当反应发生时H2O与CH4物质的量之比，开始改变上述平衡体系的温度，对①和②平衡向吸热反应移动即正向移动，对③平衡逆向移动，因此增大。

⑴第②个方程式减去第③个方程式得到a = +165.0−(−41.2) =+ 206.2，方程式相减，平衡常数相除，因此，解得b =1.32；故答案为：+206.2；1.32。

⑵对于反应②，

A．反应是吸热反应，升温，速率加快，平衡正向移动，CH4转化率增大，故A符合题意；

B．加催化剂，加快反应速率，但平衡不移动，故B不符合题意；

C．加压，加快反应速率，但平衡向体积减小方向即逆向移动，CH4转化率减小，故C不符合题意；

D．吸收CO2，生成物浓度减小，反应速率减慢，故D不符合题意；

综上所述，答案为A。

⑶A．体系中H2O与CH4物质的量之比不再变化，则达到平衡，故A符合题意；

B．体系中H2的体积分数保持不变，则达到平衡，故B符合题意；

C．生成n 个CO2的同时消耗2n个H2O，都是正方向，同一个方向，不能说明达到平衡，故C不符合题意；

D．υ正(CO)= υ逆(H2)，反应体系中CO与H2的比例不清楚，因此不能说明达到平衡，故D不符合题意；

综上所述，答案为AB。

⑷该体系中产生碳的反应主要是甲烷分解生成碳和氢气，其方程式为CH4 C+2H2；

故答案为：CH4 C+2H2；

⑸反应①是吸热反应，反应③是放热反应，平衡时升温，对反应①是平衡向吸热反应即正向移动，对反应③是平衡向吸热反应即逆向移动，因此CO含量将增大；

故答案为：增大。

⑹一定温度下 ，平衡时测得体系中 CO2和H2的物质的量浓度分别是0.75 mol∙L−1、4.80 mol∙L−1，根据得失电子守恒，CH4到CO2升高8价，CH4到CO升高6价，甲烷或水到H2降低2个价态，因此8×0.75 mol∙L−1 +6c(CO) =2×4.80 mol∙L−1，解得c(CO) =0.6 mol∙L−1；

故答案为：0.6；

⑺反应容器中通入甲烷与为水蒸汽体积比为1：5的混合气体，当反应发生时H2O与CH4物质的量之比，开始改变上述平衡体系的温度，对①和②平衡向吸热反应移动即正向移动，对③平衡逆向移动，因此增大，在图中画出其变化趋势为；

故答案为：。