某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成甲醚等清洁燃料。由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH1＝＋206.1kJ·mol－1

Question

某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气，可用于合成甲醚等清洁燃料。由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有：

①CH ₄ (g)＋H ₂ O(g)CO(g)＋3H ₂ (g)  Δ H ₁ ＝＋206.1 kJ·mol ^－1

②CH ₄ (g)＋CO ₂ (g)2CO(g)＋2H ₂ (g)  ΔH ₂ ＝＋247.3 kJ·mol ^－1

③CO(g)＋H ₂ O(g)CO ₂ (g)＋H ₂ (g)　Δ H ₃

请回答下列问题：

(1)在一密闭容器中进行反应①，测得CH ₄ 的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。

图1

反应进行的前5 min内， v (H ₂ )＝________；10 min时，改变的外界条件可能是______________________________________________________________。

(2)如图2所示，在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH ₄ 和CO ₂ ，使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②，并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH ₄ 的转化率随时间的变化如图3所示，请在图3中画出乙容器中CH ₄ 的转化率随时间变化的图像。

(3)反应③中Δ H ₃ ＝________。800 ℃时，反应③的平衡常数 K ＝1，测得该温度下密闭容器中某时刻各物质的物质的量见下表：

CO	H 2 O	CO 2	H 2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此时反应③中正、逆反应速率的关系式是________(填代号)。

a． v _正 > v _逆 　                          B． v _正 < v _逆

c． v _正 ＝ v _逆 　                         D．无法判断

(4)用该合成气制取甲醚的化学方程式为______________________________。

该反应的原子利用率为________(设反应完全进行，用质量百分比表示)。

Answer 1

解析　(1)可根据图像先计算CH ₄ 的反应速率，再计算H ₂ 的生成速率。10 min时，改变的条件不可能是增大容器的体积(否则改变条件的瞬间CH ₄ 浓度应突然减小)，由于 c (CH ₄ )减小，平衡右移，故改变的条件可能是升高温度(或充入水蒸气)。(2)甲容器反应开始后压强增大，乙容器压强不变、体积增大，可看成是由甲减压得到乙，故乙容器的反应速率慢，平衡右移，CH ₄ 的转化率大。(3)根据盖斯定律，反应①减去反应②即可得到反应③，进而通过计算求得Δ H ₃ 。根据浓度商： ＝0.94< K ＝1，可知反应向正反应方向进行，即

v _正 > v _逆 。(4)根据质量守恒定律可知，反应的化学方程式为2CO＋4H ₂ ===CH ₃ OCH ₃ ＋H ₂ O，可以求出甲醚质量占反应物总质量的71.9%。

答案　(1)0.3 mol·L ^－1 ·min ^－1 　升高温度(或充入水蒸气)

(2)

(3)－41.2 kJ·mol ^－1 a

(4)2CO＋4H ₂ ===CH ₃ OCH ₃ ＋H ₂ O　71.9%