Question

天然气( 主要成分为甲烷)是一种高效的清洁能源，也是一种重要的化工原料，利用天然气制备甲醇、乙醇、二甲醚(CH₃OCH₃)、乙烯(C₂H₄)等物质的主要反应有：

①CH₄(g)+H₂O(g)=CO(g)+ 3H₂(g)  △H₁= + 206.2 kJ/ mol

②CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)  △H₂=- 90.1kJ/ mol

③2CH₃OH(g) = CH₃OCH₃(g) + H₂O(g) △H₃=- 24.5kJ/ mol

④2CH₃OH(g) C₂H₄(g) + 2H₂O(g) △H₄=- 29.1kJ/ mol

⑤CH₃OCH₃(g)== C₂H₅OH(g)  △H₅=- 50.7 kJ /mol

请回答下列问题：

(1)反应2CH₄(g)+H₂O(g)= C₂H₅OH(g)+2H₂(g)的△H =______kJ/mol；根据化学原理，可 以同时加快该反应的速率和提高甲烷转化率的措施有_______________________。

(2)CO与H₂在一定条件下，同时发生②和③的反应，产生二甲醚的结果如上图所示。260℃时，CO转化率虽然很高，而二甲醚的产率却很低，可能的原因是 ( 答出一条即可) _______；CO 与H₂ 合成二甲醚的最佳的温度是_____________。

(3) 对于气体参与的反应如反应④[2CH₃OH(g) C₂H₄(g) + 2H₂O(g)]，可以用某组分B的平衡压强(P_B)代替物质的量浓度(c)表示平衡常数(Kp)，则反应④的平衡常数表达式Kp=____；也可以用压强(P_B)变化表示化学反应速率，体积不变的密闭容器中充入一定量的CH₃OH气体发生反应④，在10分钟内，容器的压强由xkPa 升高到ykPa，则这段时间该反应的化学反应速率v(CH₄)=_____________。

(4) 反应①～⑤中有多种物质可以做燃料电池的燃料，其中H₂是单位质量燃料释放电能最多的物质，若与下列物质构成电池，H₂ 与_______构成的电池比能量最大。

a.H₂O₂         b.Cl₂       C.O₂        d.NiOOH

Answer

+157.0（写出+157可得分） 升高温度；增大水蒸气的浓度 260oC时，CO与H2发生反应较快，该温度下反应③速率较慢；产物CH3OCH3发生了其他反应（如反应⑤）等等 290oC KP＝P2(H2O)×P(C2H4)/ P2(CH3OH) kPa v(C2H4)＝（y-x）/10 kPa·min－1 c

【解析】试题分析：(1)根据盖斯定律计算焓变；根据影响速率和平衡移动的因素分析；(2)260oC时，CO与H2发生反应较快，该温度下反应③速率较慢；根据图示290oC 时二甲醚的产率最高；(3)根据平衡常数表达式书写Kp的表达式；利用“三段式”计算v(CH4)；(4)单位质量的H2O2、Cl2、O2 、NiOOH，O2放电最多；

解析：(1)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+ 3H2(g)  △H1= + 206.2 kJ/ mol

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)  △H2=- 90.1kJ/ mol 

③2CH3OH(g) = CH3OCH3(g) + H2O(g) △H3=- 24.5kJ/ mol 

④2CH3OH(g) C2H4(g) + 2H2O(g) △H4=- 29.1kJ/ mol

⑤CH3OCH3(g)== C2H5OH(g) △H5=- 50.7 kJ /mol

根据盖斯定律①+⑤+②+③得2CH4(g)+H2O(g)= C2H5OH(g)+2H2(g)的△H=+157.0 kJ/mol；该反应吸热，升高温度反应速率加快、平衡正向移动，甲烷转化率增大；增大水蒸气的浓度反应速率加快、平衡正向移动，甲烷转化率增大；(2)260oC时，CO与H2发生反应较快，该温度下反应③速率较慢，所以CO转化率虽然很高，而二甲醚的产率却很低；根据图示290oC 时二甲醚的产率最高，所以最佳温度是290oC；(3)根据平衡常数表达式，Kp= P2(H2O)×P(C2H4)/ P2(CH3OH)；

x-2a+a+2a=y

a=y-x

v(CH4)= （y-x）/10 kPa·min－1；(4)单位质量的H2O2、Cl2、O2 、NiOOH，O2放电最多，所以H2与O2构成的电池比能量最大；