Question

利用天然气可制得以H2、CO等为主要组成的工业原料合成气，反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）．

利用天然气可制得以H2、CO等为主要组成的工业原料合成气，反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）．（1）甲烷与水蒸气反应，被氧化的元素是______，当生成标准状况下35.84L合成气时转移电子的物质的量是______．（2）将2mol CH4和5mol H2O（g）通入容积为100L的反应室，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图．①达到A点所需的时间为5min，则v（H2）=______，100℃时平衡常数K=______．②图中的P1______P2（填“＜”、“＞”或“=”），A、B、C三点的平衡常数KA、KB、KC的大小关系是______．（3）合成气用于合成氨气时需除去CO，发生反应CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H＜0，下列措施中能使n(CO2)n(H2O)增大的______（选填编号）．A．降低温度 B．恒温恒容下充入He（g） C．将H2从体系中分离 D．再通入一定量的水蒸气可用碳酸钾溶液吸收生成的CO2，常温下pH=10的碳酸钾溶液中水电离的OH-的物质的量浓度为______，常温下，0.1mol?L-1 KHCO3溶液pH＞8，则溶液中c（H2CO3）______c（CO32-）（填“＞”、“=”或“＜”）．

Answer 1

（1）该反应中C元素化合价由-4价变为+2价、H元素化合价由+1价变为0价，失电子化合价升高的元素被氧化，所以C元素被氧化；当生成标准状况下35.84L合成气时，生成n（CO）=

35.84L

22.4L/mol

×

1

4

=0.4mol，则转移电子的物质的量=0.4mol×[2-（-4）]=2.4mol，
故答案为：C（碳）；2.4mol；
（2）①甲烷的反应速率=

2mol×0.5 100L

5min

=0.002mol/（L．min），同一可逆反应、同一时间段内个物质的反应速率之比等于其计量数之比，则氢气的反应速率=3×0.002mol/（L．min）=0.006mol/（L．min）；
100℃时，c（CH₄）=

2mol×(1-0.5)

100L

=0.01mol/L，c（H₂O）=

5mol-2mol×(1-0.5)

100L

=0.04mol/L，
c（CO）=

2mol×0.5

100L

=0.01mol/L，c（H₂）=3c（CO）=0.03mol/L，化学平衡常数K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)．c(H2O)

=

0.01×(0.03)3

0.01×0.04

=6.75×10^-4，
故答案为：0.006mol?L^-1?min^-1；6.75×10^-4 mol²?L^-2；
②根据图象知，增大压强，平衡向逆反应方向移动，则甲烷的转化率降低，所以P₁＜P₂；
升高温度，甲烷的转化为增大，说明正反应是吸热反应，温度越高，平衡常数越大，所以K_C＞K_B＞ K_A，
故答案为：＜；K_C＞K_B＞ K_A；
（3）A．降低温度，平衡向正反应方向移动，则

n(CO2)

n(H2O)

增大，故正确；  
B．恒温恒容下充入He（g），反应物和生成物浓度不变，则平衡不一定，则 

n(CO2)

n(H2O)

不变，故错误； 
C．将H₂从体系中分离，平衡向正反应方向移动，则

n(CO2)

n(H2O)

增大，故正确；  
D．再通入一定量的水蒸气，平衡向正反应方向移动，但水转化的物理量远远小于加入的物理量，所以

n(CO2)

n(H2O)

减小，故错误；
故选AC；
可用碳酸钾溶液吸收生成的CO₂，常温下pH=10的碳酸钾溶液中水电离的c（OH^-）=

10-14

10-10

mol/L=1×10^-4 mol?L^-1；常温下，0.1mol?L^-1 KHCO₃溶液pH＞8，则溶液中碳酸氢根离子水解程度大于电离程度，所以c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-），故答案为：AC； 1×10^-4 mol?L^-1；＞．