题目
4-|||-_(2):CO:(H)_(2)O=3:1:x ,1-|||-3 曲线 1:x=0-|||-曲线 2:x=0.1-|||-2 曲线 3:x=0.2-|||-2-|||-1-|||-3-|||-0-|||-300 400 500 600 700 800-|||-温度 /℃煤的气化产物（CO、H2）可用于制备合成天然气（SNG），涉及的主要反应如下：CO甲烷化：CO（g）+3H2（g）⇌CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2kJ•mol-1水煤气变换：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ•mol-1回答下列问题：（1）反应CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）的△H= ____ kJ•mol-1某温度下，分别在起始体积相同的恒容容器A、恒压容器B中加入1molCO2和4molH2的混合气体，两容器反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 ____ （填“A”或“B”）。（2）在恒压管道反应器中按n（H2）：n（CO）=3：1通入原料气，在催化剂作用下制备合成天然气，400℃、p总为100kPa时反应体系平衡组成如表所示。 组分 CH4 H2O H2 CO2 CO 体积分数φ/% 45.0 42.5 10.0 2.00 0.500 ①该条件下CO的总转化率α= ____ 。若将管道反应器升温至500℃，反应达到平衡后CH4的体积分数φ ____ 45.0%（填“＞”、“＜”或“=”）。②Kp、Kx分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，Kp只受温度影响。400℃时，CO甲烷化反应的平衡常数Kp= ____ kPa-2（计算结果保留1位小数）；Kx= ____ （以K 和p总表示）。其他条件不变，增大p总至150kPa，Kx ____ （填“增大”、减小”或“不变”）。（3）制备合成天然气采用在原料气中通入水蒸气来缓解催化剂积碳，积碳反应为：反应Ⅰ：CH4（g）⇌C（s）+2H2（g）△H=+75kJ•mol-1 反应Ⅱ：2CO（g）⇌C（s）+CO2（g）△H=-172kJ•mol-1平衡体系中水蒸气浓度对积碳量的影响如图所示，下列说法正确的是 ____ （双选）。A．曲线1在550-700℃积碳量增大的原因可能是反应Ⅰ、Ⅱ的速率增大B．曲线1在700-800℃积碳量减小的原因可能是反应Ⅱ逆向移动C．曲线2、3在550-800℃积碳量较低的原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小D．水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550℃以下，有利于减少积碳
煤的气化产物（CO、H2）可用于制备合成天然气（SNG），涉及的主要反应如下：CO甲烷化：CO（g）+3H2（g）⇌CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2kJ•mol-1
水煤气变换：CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ•mol-1
回答下列问题：
（1）反应CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g）的△H= ____ kJ•mol-1
某温度下，分别在起始体积相同的恒容容器A、恒压容器B中加入1molCO2和4molH2的混合气体，两容器反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 ____ （填“A”或“B”）。
（2）在恒压管道反应器中按n（H2）：n（CO）=3：1通入原料气，在催化剂作用下制备合成天然气，400℃、p总为100kPa时反应体系平衡组成如表所示。
| 组分 | CH4 | H2O | H2 | CO2 | CO |
| 体积分数φ/% | 45.0 | 42.5 | 10.0 | 2.00 | 0.500 |
②Kp、Kx分别是以分压、物质的量分数表示的平衡常数，Kp只受温度影响。400℃时，CO
甲烷化反应的平衡常数Kp= ____ kPa-2（计算结果保留1位小数）；Kx= ____ （以K 和p总表示）。其他条件不变，增大p总至150kPa，Kx ____ （填“增大”、减小”或“不变”）。
（3）制备合成天然气采用在原料气中通入水蒸气来缓解催化剂积碳，积碳反应为：
反应Ⅰ：CH4（g）⇌C（s）+2H2（g）△H=+75kJ•mol-1
反应Ⅱ：2CO（g）⇌C（s）+CO2（g）△H=-172kJ•mol-1
平衡体系中水蒸气浓度对积碳量的影响如图所示，下列说法正确的是 ____ （双选）。
A．曲线1在550-700℃积碳量增大的原因可能是反应Ⅰ、Ⅱ的速率增大
B．曲线1在700-800℃积碳量减小的原因可能是反应Ⅱ逆向移动
C．曲线2、3在550-800℃积碳量较低的原因是水蒸气的稀释作用使积碳反应速率减小
D．水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550℃以下，有利于减少积碳
题目解答
答案
解：（1）①CO（g）+3H2（g）⇌CH4（g）+H2O（g）△H1=-206.2kJ•mol-1
②CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ•mol-1
将方程式①-②得CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g），△H=（-206.2+41.2）kJ/mol=-165kJ/mol；
A为恒温恒容、B为恒温恒压条件，如果是恒温恒容，反应前后物质的量减小、压强减小，开始时AB压强相等，A中压强逐渐减小B中压强不变，所以反应过程中压强A＜B，增大压强平衡正向移动，则B放出的热量多，
故答案为：-165；B；
（2）①设n（H2）=3mol、n（CO）=1mol，恒压恒温条件下气体的体积分数之比等于物质的量分数之比，设平衡时混合气体总物质的量为xmol，根据C原子守恒得（45.0%+2.00%+0.5%）xmol=1mol，x=$\frac{1}{47.5%}$，
则CO的转化率=$\frac{（45%+2%）xmol}{1mol}$×100%=$\frac{（45%+2%）×\frac{1}{47.5%}mol}{1mol}$×100%=$\frac{47}{47.5}$×100%；该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，则反应迅达到平衡后CH4的体积分数减小，即φ＜45%，
故答案为：$\frac{47}{47.5}$×100%；＜；
②P（CO）=0.5%P（总）、P（H2）=10.0%P（总）、P（CH4）=45.0%P（总）、P（H2O）=42.5%P（总），CO甲烷化反应的平衡常数Kp=$\frac{{P}_{（C{H}_{4}）}×{P}_{（{H}_{2}O）}}{{P}_{（CO）}×{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{45.0%{P}_{（总）}×42.5%{P}_{（总）}}{0.5%{P}_{（总）}×（10.0%{P}_{（总）}）^{3}}$=$\frac{45%×42.5%}{0.5%×（10.0%）^{3}}$×$\frac{1}{（{P}_{（总）}）^{2}}$=$\frac{45%×42.5%}{0.5%×（10.0%）^{3}}$×$\frac{1}{（100）^{2}}$=3.8；Kx=$\frac{45%×42.5%}{0.5%×（10.0%）^{3}}$=Kp×[P（总）]2；该反应前后气体计量数之和减小，增大压强平衡正向移动，所以Kx增大，
故答案为：3.8；Kp×[P（总）]2；增大；
（3）A．反应I、II的正反应都是积碳反应，曲线1在550-700℃时两个反应没有达到平衡状态，都向正反应方向移动，导致积碳量增加，故A错误；
B．反应II的逆反应是消碳反应，曲线1在700-800℃积碳量减小的原因可能是反应Ⅱ逆向移动，且反应II的消碳量大于反应I的积碳量，故B正确；
C．高温条件下水蒸气和C反应生成CO和氢气，从而使积碳量减少，故C错误；
D．温度至550℃以下，几乎没有积碳，所以水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550℃以下，有利于减少积碳，故D正确；
故选BD。
②CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g）△H2=-41.2kJ•mol-1
将方程式①-②得CO2（g）+4H2（g）⇌CH4（g）+2H2O（g），△H=（-206.2+41.2）kJ/mol=-165kJ/mol；
A为恒温恒容、B为恒温恒压条件，如果是恒温恒容，反应前后物质的量减小、压强减小，开始时AB压强相等，A中压强逐渐减小B中压强不变，所以反应过程中压强A＜B，增大压强平衡正向移动，则B放出的热量多，
故答案为：-165；B；
（2）①设n（H2）=3mol、n（CO）=1mol，恒压恒温条件下气体的体积分数之比等于物质的量分数之比，设平衡时混合气体总物质的量为xmol，根据C原子守恒得（45.0%+2.00%+0.5%）xmol=1mol，x=$\frac{1}{47.5%}$，
则CO的转化率=$\frac{（45%+2%）xmol}{1mol}$×100%=$\frac{（45%+2%）×\frac{1}{47.5%}mol}{1mol}$×100%=$\frac{47}{47.5}$×100%；该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，则反应迅达到平衡后CH4的体积分数减小，即φ＜45%，
故答案为：$\frac{47}{47.5}$×100%；＜；
②P（CO）=0.5%P（总）、P（H2）=10.0%P（总）、P（CH4）=45.0%P（总）、P（H2O）=42.5%P（总），CO甲烷化反应的平衡常数Kp=$\frac{{P}_{（C{H}_{4}）}×{P}_{（{H}_{2}O）}}{{P}_{（CO）}×{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{45.0%{P}_{（总）}×42.5%{P}_{（总）}}{0.5%{P}_{（总）}×（10.0%{P}_{（总）}）^{3}}$=$\frac{45%×42.5%}{0.5%×（10.0%）^{3}}$×$\frac{1}{（{P}_{（总）}）^{2}}$=$\frac{45%×42.5%}{0.5%×（10.0%）^{3}}$×$\frac{1}{（100）^{2}}$=3.8；Kx=$\frac{45%×42.5%}{0.5%×（10.0%）^{3}}$=Kp×[P（总）]2；该反应前后气体计量数之和减小，增大压强平衡正向移动，所以Kx增大，
故答案为：3.8；Kp×[P（总）]2；增大；
（3）A．反应I、II的正反应都是积碳反应，曲线1在550-700℃时两个反应没有达到平衡状态，都向正反应方向移动，导致积碳量增加，故A错误；
B．反应II的逆反应是消碳反应，曲线1在700-800℃积碳量减小的原因可能是反应Ⅱ逆向移动，且反应II的消碳量大于反应I的积碳量，故B正确；
C．高温条件下水蒸气和C反应生成CO和氢气，从而使积碳量减少，故C错误；
D．温度至550℃以下，几乎没有积碳，所以水蒸气能吸收反应放出的热量，降低体系温度至550℃以下，有利于减少积碳，故D正确；
故选BD。