**水蒸氣的重整反應是工業製備*氣的重要方式，其化學反應方程式為CH4(g)+H2O(g)CO(g)＋3H2(...

問題詳情：

**水蒸氣的重整反應是工業製備*氣的重要方式，其化學反應方程式為CH4(g)+H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。回答下列問題：

（1）已知CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)       ΔH1=-890.3kJ·mol-1

CO(g)＋0.5O2(g)=CO2(g)        ΔH2=-283.0kJ·mol-1

H2(g)＋0.5O2(g)=H2O(l)        ΔH3=-285.8kJ·mol-1

CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)       ΔH4=-41.0kJ·mol-1

則**水蒸氣重整反應的ΔH=_____kJ·mol-1。

（2）通過計算機模擬實驗，對400～1200℃、*作壓強為0.1MPa條件下，不同水碳比（1～10）進行了熱力學計算，反應平衡體系中H2的物質的量分數與水碳比、平衡温度的關係如圖所示。

①温度一定時，H2的物質的量分數與水碳比（1～10）的關係是_____，產生該結論的原因是_____。

②據模擬實驗可知，平衡温度為900℃，水碳比為1.0時，H2的物質的量分數為0.6，CH4的轉化率為_____，其壓強平衡常數為_____；反應速率方程為v=kp(CH4)p-1(H2)，此時反應速率v=_____。

（已知：氣體分壓=氣體的物質的量分數×總壓，速率方程中k為速率常數）。

（3）厭氧細菌可將葡萄糖轉化為CH4和H2，pH為5.5時不同熱預處理温度和時間下的**和*氣的產率如圖所示，若要提高H2的產率，最佳温度為_____。

【回答】

    (1). +206.3    (2). 水碳比越大，H2的物質的量分數越大    (3). 水碳比較大時，CO會與H2O進一步反應生成H2，使H2的物質量分數增大    (4). 66.7%    (5). 4.32×10-2(Mpa)2    (6).     (7). 80℃

【解析】

(1)①＋④−2×②−2×③即得**水蒸氣的重整反應方程式，用蓋斯定律求**水蒸氣重整反應的△H；

(2)①H2的物質的量分數與水碳比(1～10)的關係由圖知；原因從生成*氣的反應角度來回答；

②平衡温度為900℃，水碳比為1.0時，H2的物質的量分數為0.6，列三段式求解CH4的轉化率、壓強平衡常數；根據壓強與氣體物質的量成正比，結合三段式計算；

(3)厭氧細菌可將葡萄糖轉化為CH4和H2，提高H2的產率的最佳温度，由圖可知。

【詳解】(1)已知：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)  ΔH1=-890.3kJ·mol-1

②CO(g)＋0.5O2(g)=CO2(g)  ΔH2=-283.0kJ·mol-1

③H2(g)＋0.5O2(g)=H2O(l)  ΔH3=-285.8kJ·mol-1

④CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)  ΔH4=-41.0kJ·mol-1

根據蓋斯定律，①＋④−2×②−2×③即得**水蒸氣的重整反應方程式為CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)，則**水蒸氣的重整反應△H＝△H1＋△H4−2△H2−2△H3＝（−890.3−41＋2×283.0＋2×285.8）kJ⋅mol−1＝＋206.3 kJ⋅mol−1；

(2)①平衡温度一定時，H2的物質的量分數與水碳比(1～10)的關係，由圖中曲線走勢可知，水碳比越大，H2的物質的量分數越大的原因，從生成*氣的反應可知，除了**水蒸氣的重整反應生成*氣外，一氧化碳和水也會反應產生*氣；

②*作壓強為0.1MPa、平衡温度為900℃條件下，水碳比為1.0時，H2的物質的量分數為0.6，設**和H2O的物質的量均為3mol，達化學平衡時，**消耗xmol，則：

H2的物質的量分數＝＝＝0.6，解得x＝2mol，轉化率α(CH4)＝×100%＝×100%＝66.67%，平衡常數K＝＝(Mpa)2＝4.32×10-2(Mpa)2；反應速率v=kp(CH4)p-1(H2)＝k＝k＝k×＝；

(3)厭氧細菌可將葡萄糖轉化為CH4和H2，由圖可知，pH為5.5時，若要提高H2的產率，降低**產率，最佳温度為80℃。

【點睛】本題關鍵是理解圖中給出的信息，注意(2)根據“H2的物質的量分數為0.6”這一條件，可以列三段式求解CH4的轉化率、壓強平衡常數。

知識點：化學反應速率 化學平衡

題型：綜合題