(08上海嘉定區(qū)期末)甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g),工業(yè)上可利用

此反應(yīng)生產(chǎn)合成氨原料氣H₂。

已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比[]對(duì)甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響如下圖：

            圖1（水碳比為3）                        圖2（水碳比為3）                            圖3（800℃）

（1）該反應(yīng)平衡常數(shù)K表達(dá)式為_(kāi)_______________________。

（2）降低反應(yīng)的水碳比平衡常數(shù)K__________（選填“增大”、“減小”或“不變”）;

升高溫度，平衡向____________方向移動(dòng)（選正反應(yīng)或逆反應(yīng)）。

（3）圖2中，兩條曲線所示溫度的關(guān)系是：t₁_____t₂（選填>、=或<）；

圖1中，在800℃、2MPa比1MPa時(shí)的甲烷含量_______（選填高、低或不變），

原因是____________________________________________________

（4）工業(yè)生產(chǎn)中使用鎳作催化劑。但要求原料中含硫量小于5×10^-7%，其目的是？

天然氣（以甲烷計(jì)）在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛。

Ⅰ．在制備合成氨原料氣H₂ 中的應(yīng)用

（1）甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法制H₂的主要轉(zhuǎn)化反應(yīng)如下：

CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反應(yīng)所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒，必須除去。工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應(yīng)生成易除去的CO₂，同時(shí)又可制得等體積的氫氣的方法。此反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是         。

（2）CO變換反應(yīng)的汽氣比（水蒸氣與原料氣中CO物質(zhì)的量之比）與CO平衡變換率

（已轉(zhuǎn)化的一氧化碳量與變換前一氧化碳量之比）的關(guān)系如下圖所示：

汽氣比與CO平衡變換率的關(guān)系

析圖可知：

① 相同溫度時(shí)，CO平衡變換率與汽氣比的關(guān)系是      。

② 汽氣比相同時(shí)，CO平衡變換率與溫度的關(guān)系是      。

（3）對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（p_B）代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)（記作K_p），則CO變換反應(yīng)的平衡常數(shù)表示式為：K_p=         。隨溫度的降低，該平衡常數(shù)       （填“增大”“減小”或“不變”）。

Ⅱ．在熔融碳酸鹽燃料電池中的應(yīng)用

以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃為電解質(zhì)，天然氣經(jīng)內(nèi)重整催化作用提供反應(yīng)氣的燃料電池示意圖如下：

（1）外電路電子流動(dòng)方向：由   流向    （填字母）。

（2）空氣極發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是     。

（3）以此燃料電池為電源電解精煉銅，當(dāng)電路有0.6 mol e^‑ 轉(zhuǎn)移，有      g 精銅析出。

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中，達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：

CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ??H₁=+216 kJ/mol；

CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ??H₂=+260 kJ/mol

（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是（    ）

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化反應(yīng)室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄ 轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中平衡時(shí)，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=b mol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：

CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；

CH₄(g)+CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol

（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是（    ）

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化反應(yīng)室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄ 轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中平衡時(shí)，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=bmol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

I．甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，可制作燃料電池。工業(yè)上可用下列兩種反應(yīng)制備甲醇：

已知：CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)   ΔH₁

CO₂(g) ＋ 3H₂(g)  CH₃OH(g)  +  H₂O(g)   ΔH₂   

2H₂(g)+ O₂(g)=2H₂O(g)   ΔH₃

則2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g) 的反應(yīng)熱ΔH=____  ___（用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示）。

II．工業(yè)上可利用“甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣”，反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)。

已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比[n(H₂O)/ n(CH₄)]對(duì)甲烷平衡含量的影響如下圖：

圖1（水碳比為3）                         圖2（800℃）

（1）溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的影響是                             。

（2）其他條件不變，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出壓強(qiáng)為2 MPa時(shí)，CH₄平衡含量與水碳比之間關(guān)系曲線。（只要求畫(huà)出大致的變化曲線）

（3）已知：在700℃，1MPa時(shí)，1mol CH₄與1mol H₂O在1L的密閉容器中反應(yīng)，6分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%，求這6分鐘H₂的平均反應(yīng)速率和該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)是多少？（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字。） 

III．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖a所示的電池裝置，正極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___                      ____。

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g)；△H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g)； △H₂=+260kJ/mol（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中，達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CH₄)=amol,n(CO)=bmol

n(H₂)=cmol,則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

甲烷和氨在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。

（1）制備合成氨原料氣H₂，可用甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化法，主要轉(zhuǎn)化反應(yīng)如下：

CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ/mol

CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)   ΔH = +165.0kJ/mol

上述反應(yīng)所得原料氣中的CO能使氨合成催化劑中毒，必須除去。工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應(yīng)生成易除去的CO₂，同時(shí)又可制得等體積的氫氣的方法。此反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是                  。

（2）工業(yè)生產(chǎn)尿素的原理是以NH₃和CO₂為原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)和溫度關(guān)系如下：

① 反應(yīng)熱ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。

② 在一定溫度和壓強(qiáng)下，若原料氣中的NH₃和CO₂的物質(zhì)的量之比（氨碳比），下圖是氨碳比（x）與CO₂平衡轉(zhuǎn)化率（α）的關(guān)系。求圖中的B點(diǎn)處，NH₃的平衡轉(zhuǎn)化率。

（3）已知甲烷燃料電池的工作原理如下圖所示。該電池工作時(shí)，a口放出的物質(zhì)為_________，該電池正極的電極反應(yīng)式為：____           ，工作一段時(shí)間后，當(dāng)3.2g甲烷完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有          mol 電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。

開(kāi)發(fā)使用清潔能源，發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。

（1）甲烷水蒸氣轉(zhuǎn)化法制H2的主要轉(zhuǎn)化反應(yīng)如下：

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)? △H=+206．2 kJ·mol－1

CH4(g) + 2H2O(g)CO2(g) + 4H2(g)? △H=+165．0 kJ·mol－1

上述反應(yīng)所得原料氣中的CO能使合成氨的催化劑中毒，必須除去。工業(yè)上常采用催化劑存在下CO與水蒸氣反應(yīng)生成易除去的CO2，同時(shí)可制得等體積的氫氣的方法。此反應(yīng)稱為一氧化碳變換反應(yīng)，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是??????? 。

（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H2來(lái)源于：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)? ΔH>0

①一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖a。則A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)（KA、KB、KC）的大小關(guān)系為___________。(填“<”、“>”、“=” )；

②100℃時(shí)，將1 mol CH4和2 mol H2O通入容積為1 L的定容密封容器中，發(fā)生反應(yīng)，能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________

a．容器內(nèi)氣體密度恒定??

b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0．1 mol CH4同時(shí)生成0．3 mol H2

c．容器的壓強(qiáng)恒定??????

d．3v正(CH4) = v逆(H2)

（3）25℃時(shí)，在20mL0．1mol/L氫氟酸中加入VmL0．1mol/LNaOH溶液，測(cè)得混合溶液的pH變化曲線如圖所示，下列說(shuō)法正確的是_____。

A．pH＝3的HF溶液和pH＝11的NaF溶液中， 由水電離出的c(H+)相等

B．①點(diǎn)時(shí)pH＝6，此時(shí)溶液中，c(F－)－c(Na+)＝9．9×10-7mol/L

C．②點(diǎn)時(shí)，溶液中的c(F－)＝c(Na+)

D．③點(diǎn)時(shí)V＝20mL，此時(shí)溶液中c(Na+)＝0．1mol/L

（4）長(zhǎng)期以來(lái)，一直認(rèn)為氟的含氧酸不存在。1971年美國(guó)科學(xué)家用氟氣通過(guò)細(xì)冰末時(shí)獲得HFO，其結(jié)構(gòu)式為H—O—F。HFO與水反應(yīng)得到HF和化合物A，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為????????????????????? 。

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：

CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216 kJ/mol；

CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260 kJ/mol

（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是（    ）

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化反應(yīng)室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄ 轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中平衡時(shí)，容器中c(CH₄)=a mol·L^－1, c(CO)=b mol·L^－1,c(H₂)=c mol·L^－1

則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ?H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ?H₂=+260kJ/mol（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中，達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ∆H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ∆H₂=+260kJ/mol（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中，達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4

豎爐冶鐵工藝流程如圖，使天然氣產(chǎn)生部分氧化，并在特殊的燃燒器中使氧氣和天然氣燃燒CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)，催化反應(yīng)室發(fā)生的反應(yīng)為：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) ??H₁=+216kJ/mol；CH₄(g)+ CO₂(g)2CO(g) + 2H₂(g) ??H₂=+260kJ/mol（不考慮其他平衡的存在），下列說(shuō)法正確的是

A．增大催化反應(yīng)室的壓強(qiáng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小

B．催化室需維持在550～750℃，目的僅是提高CH₄轉(zhuǎn)化的速率

C．設(shè)置燃燒室的主要目的是產(chǎn)生CO₂和水蒸氣作原料氣與甲烷反應(yīng)

D．若催化反應(yīng)室中，達(dá)到平衡時(shí)，容器中n(CH₄)=amol/L,n(CO)=bmol/L

n(H₂)=cmol/L,則通入催化反應(yīng)室的CH₄的物質(zhì)的量為a+(b+c)/4