工业上利用天然气(主要成分是CH4)与H2O进行高温重整制备合成气(CO+H2),CO和H2在一定条件下能制备甲
来源:新能源网
时间:2024-08-17 11:19:31
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工业上利用天然气(主要成分是CH4)与H2O进行高温重整制备合成气(CO+H2),CO和H2在一定条件下能制备甲【专家解说】:(1)已知:①H2(g)+12O2(g)=H2O(l)
【专家解说】:(1)已知:①H2(g)+12O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ?mol-1
②CO(g)+12O2(g)=CO2(g) )△H=-283.0kJ?mol-1
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l))△H=-890.3kJ?mol-1,
④H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ?mol-1,
利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
△H=(-44.0kJ?mol-1)+(-890.3kJ?mol-1)-(-283.0kJ?mol-1)-3×(-285.8kJ?mol-1)=+206.1 kJ?mol-1,
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1 kJ?mol-1;
(2)根据图象可知3min时,平衡时甲烷的浓度为0.1mol/L,氢气的浓度为0.3mol/L,则:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
开始(mol/L):0.2 0.3 0 0
变化(mol/L):0.1 0.1 0.1 0.3
平衡(mol/L):0.1 0.2 0.1 0.3
4min时甲烷的浓度为0.09mol/L,浓度减小0.1-0.09=0.01
水的浓度为0.19mol,浓度减小0.2-0.19=0.01;
CO的浓度为0.11,浓度增大0.11-0.1=0.01
氢气的浓度为0.33,浓度增大0.33-0.3=0.03
浓度变化量之比为1:1:1:3,等于化学计量数之比,且甲烷和水蒸气浓度减小,一氧化碳和氢气浓度增大,应是平衡向正反应方向移动,依据(1)分析该反应正反应是吸热反应,故3min改变条件为升高温度;
故答案为:正;升高温度;
(3)①该反应正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,甲烷的含量降低,故温度t1<t2,故答案为:<;
②碳水比n(CH4)n(H2O)值越大,平衡时甲烷的转化率越低,含量越高,故x1>x2,故答案为:>;
③该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,平衡时甲烷的含量降低,故p1>p2,故答案为:>;
(4)①正极发生还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子,正极电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-,故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-;
②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL,物质的量为8.96L22.4L/mol=0.4mol,根据电子转移守恒可知,生成二氧化碳为0.4mol×48=0.2mol,n(NaOH)=0.1L×3.0mol?L-1=0.3mol,n(NaOH):n(CO2)=0.3mol:0.2mol=3:2,介于1:1与2:1之间,故生成碳酸钾、碳酸氢钾,令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol,则x+y=0.2,2x+y=0.3,解得x=0.1,y=0.1,溶液中碳酸根水解,碳酸氢根的水解大于电离,溶液呈碱性,故c(OH-)>c(H+),碳酸根的水解程度大于碳酸氢根,故c(HCO3-)>c(CO32-),钾离子浓度最大,水解程度不大,碳酸根浓度原大于氢氧根离子,故c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+).
②CO(g)+12O2(g)=CO2(g) )△H=-283.0kJ?mol-1
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l))△H=-890.3kJ?mol-1,
④H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ?mol-1,
利用盖斯定律将④+③-②-3×①可得:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
△H=(-44.0kJ?mol-1)+(-890.3kJ?mol-1)-(-283.0kJ?mol-1)-3×(-285.8kJ?mol-1)=+206.1 kJ?mol-1,
故答案为:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.1 kJ?mol-1;
(2)根据图象可知3min时,平衡时甲烷的浓度为0.1mol/L,氢气的浓度为0.3mol/L,则:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)
开始(mol/L):0.2 0.3 0 0
变化(mol/L):0.1 0.1 0.1 0.3
平衡(mol/L):0.1 0.2 0.1 0.3
4min时甲烷的浓度为0.09mol/L,浓度减小0.1-0.09=0.01
水的浓度为0.19mol,浓度减小0.2-0.19=0.01;
CO的浓度为0.11,浓度增大0.11-0.1=0.01
氢气的浓度为0.33,浓度增大0.33-0.3=0.03
浓度变化量之比为1:1:1:3,等于化学计量数之比,且甲烷和水蒸气浓度减小,一氧化碳和氢气浓度增大,应是平衡向正反应方向移动,依据(1)分析该反应正反应是吸热反应,故3min改变条件为升高温度;
故答案为:正;升高温度;
(3)①该反应正反应为吸热反应,升高温度平衡向正反应方向移动,甲烷的含量降低,故温度t1<t2,故答案为:<;
②碳水比n(CH4)n(H2O)值越大,平衡时甲烷的转化率越低,含量越高,故x1>x2,故答案为:>;
③该反应正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,平衡时甲烷的含量降低,故p1>p2,故答案为:>;
(4)①正极发生还原反应,氧气在正极放电生成氢氧根离子,正极电极反应式为:O2+4e-+2H2O=4OH-,故答案为:O2+4e-+2H2O=4OH-;
②参与反应的氧气在标准状况下体积为8960mL,物质的量为8.96L22.4L/mol=0.4mol,根据电子转移守恒可知,生成二氧化碳为0.4mol×48=0.2mol,n(NaOH)=0.1L×3.0mol?L-1=0.3mol,n(NaOH):n(CO2)=0.3mol:0.2mol=3:2,介于1:1与2:1之间,故生成碳酸钾、碳酸氢钾,令碳酸钾、碳酸氢钾的物质的量分别为xmol、ymol,则x+y=0.2,2x+y=0.3,解得x=0.1,y=0.1,溶液中碳酸根水解,碳酸氢根的水解大于电离,溶液呈碱性,故c(OH-)>c(H+),碳酸根的水解程度大于碳酸氢根,故c(HCO3-)>c(CO32-),钾离子浓度最大,水解程度不大,碳酸根浓度原大于氢氧根离子,故c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+),
故答案为:c(K+)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+).
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