煤制合成天然气是煤气化的一种重要方法，其工艺核心是合成过程中的甲烷化，涉及的主要反应：CO...

煤制合成天然气是煤气化的一种重要方法，其工艺核心是合成过程中的甲烷化，涉及的主要反应：

CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g) ΔH<0 ①

CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH<0 ②

现在300 ℃、容积为2 L的密闭容器中进行有关合成天然气的实验，相关数据记录如下：

下列有关说法错误的是

A．a=30，b=1.5

B．c=25，d=4.5

C．前30 min内，反应①的平均反应速率v(CH4)=0.05 mol·L−1·min−1

D．后40 min内，反应②的平均反应速率v(H2)=0.025 mol·L−1·min−1

高三化学选择题中等难度题查看答案及解析

天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。

Ⅰ．在制备合成氨原料气H₂ 中的应用

（1）甲烷蒸汽转化法制H₂的主要转化反应如下：

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

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是________。

（2）CO变换反应的汽气比（水蒸气与原料气中CO物质的量之比）与CO平衡变换率

（已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比）的关系如下图所示：

汽气比与CO平衡变换率的关系

析图可知：

① 相同温度时，CO平衡变换率与汽气比的关系是________。

② 汽气比相同时，CO平衡变换率与温度的关系是________。

（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作K_p），则CO变换反应的平衡常数表示式为：K_p=________。随温度的降低，该平衡常数________（填“增大”“减小”或“不变”）。

Ⅱ．在熔融碳酸盐燃料电池中的应用

以熔融Li₂CO₃和K₂CO₃为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下：

（1）外电路电子流动方向：由________流向________（填字母）。

（2）空气极发生反应的离子方程式是________。

（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e^‑ 转移，有________ g 精铜析出。

高三化学简答题极难题查看答案及解析

合成氨尿素工业生产过程中涉及到的物质转化过程如下图所示。

（1）天然气（主要成分为CH₄）在高温、催化剂作用下与水蒸气反应生成H₂和CO的化学方程式为________。

（2）甲烷是一种清洁燃料，但不完全燃烧时热效率降低，同时产生有毒气体造成污染。

已知：CH₄(g) + 2O₂(g)＝CO₂(g) + 2H₂O(l)　 　　ΔH₁＝―890.3 kJ/mol

2CO (g) + O₂(g)＝2CO₂(g)　　　　　 ΔH₂＝―566.0 kJ/mol

则甲烷不完全燃烧生成一氧化碳和液态水时的热效率是完全燃烧时的_____倍（计算结果保留1位小数）。

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol·L^-1的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：

①甲烷燃料电池的正极反应式是________________。

②当线路中有0.1 mol电子通过时，________（填“a”或“b”）极增重________g。

（4）运输氨时，不能使用铜及其合金制造的管道阀门。因为在潮湿的环境中，金属铜在有NH₃存在时能被空气中的O₂氧化，生成[Cu(NH₃)₄]²⁺，该反应的离子方程式为________。

高三化学填空题中等难度题查看答案及解析

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。

（1）制备合成氨原料气H₂，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：

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

上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是________。

（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。

② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH₃的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____ ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO₂时，有________mol 电子发生转移。

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（16分）甲烷水蒸气重整制合成气是利用甲烷资源的途径之一，该过程的主要反应是

反应①：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)　　 ΔH > 0

（1）已知：

CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g)　　　　 ΔH1 = －802 kJ·mol-1

CO(g) + 1/2O2(g) = CO2(g)　　　　　　　　 　 ΔH2 = －283 kJ·mol-1

H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g)　　　　　　　　　 ΔH3 = －242 kJ·mol-1

则反应①的ΔH =_________（用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示）。

（2）其他条件相同，反应①在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。

①在相同条件下，三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是________。

②a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。

③c点CH4的转化率高于b点，原因是________。

（3）反应①在恒容密闭反应器中进行，CH4和H2O的起始物质的量之比为1︰2，10 h后CH4的转化率为80％，并测得c(H2O)＝0.132 mol·L－1，计算0～10 h内消耗CH4的平均反应速率_____（写出计算过程，结果保留2位有效数字）。

（4）在答题卡的坐标图中，画出反应①分别在700℃和850℃下进行时，CH4的转化率随时间t变化的示意图（进行必要标注）。

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甲烷水蒸气重整制合成气是利用甲烷资源的途径之一，该过程的主要反应是：

CH4（g)+ H2O（g) CO（g) + 3H2（g)　　

其他条件相同，在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ）作用下反应相同时间后，体系中CO含量随反应温度的变化如图所示。下列说法正确的是

A．相同条件下，催化剂Ⅱ催化效率更高

B．b点表示上述反应在对应条件下的平衡状态

C．根据图象，无法判断该反应是否为吸热反应

D．该反应平衡常数表达式为K=c（CO)·c3 （H2) /c（CH4)

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天然气的主要成分是甲烷，它是一种重要的化工原料。

（1）CH4与CO2经催化反应可制得合成气：CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g） ΔH

已知：反应1：CH4（g）=C（s）+2H2（g） ΔH1=+75kJ/mol

反应2:　 2CO（g）=C（s）+CO2（g）　 ΔH2=-172kJ/mol　　 则该催化反应的ΔH=__________kJ/mol。

（2）工业上可用CO和H2合成二甲醚，其反应为: 2CO（g）+4H2 （g）=CH3OCH3 （g）+H2O（g）　 ΔH=-204.7 kJ/mol　 初始条件相同时，分别在A（恒温）、B（绝热）两个容器内反应。反应初始时两容器的反应速率A_______B（填“>”、“<”或“=”，下同）；平衡时CO的转化率A_______B。

（3）工业上可用CO和H2合成甲醇，其反应为CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） ΔH=-90.1kJ·md。温度T时，在容积为2L的某密闭容器中进行上述反应，反应过程中相关数据如图所示。

①下列能表明该反应已达到平衡状态的是__________。

a v（H2）=2v（CH3OH）　　　　　　　　 b c（ CO）/c（ CH3OH）=7: 3时

c c（H2）/c（ CH3OH）=2: 1时　　　　 d 容器中气体的压强不再变化

②该化学反应10min内生成CH3OH的反应速率v（CH3OH）= __________。

③该温度下，反应的平衡常数为__________ （列出计算式即可） 。

④若其他条件不变时,15mim时再向容器中加入2 mol CO和 x mol H2，平衡时CO的转化率与原平衡相同，则x=__________。

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利用天然气制取合成气，然后用合成气合成多种有机物是目前部分有机物的重要来源。

I．甲烷制取合成气时，在同一容器中同时发生的主要反应是:

反应①: CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H =+206.3 kJ mol-l

反应②: CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) △H =-802.6 kJmol-l

(1)下列有关合成气制取的说法中正确的是_____。

A．升温时反应①的正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡正向移动

B．反应②因为反应物和生成物的计量数相等，所以△S=0

C．反应②放出的热可以提供反应①所需的热量

D．在恒温恒容容器中，气体密度保持不变时，反应达到化学平衡状态

(2)在制取合成气的初始阶段，反应②的反应速率大于反应①的反应速率，请用碰撞理论解释原因______。

(3)在某密闭容器中加入一定量的CH4、H2O，在温度为T1时发生反应①，t1时达到化学平衡状态，氢气浓度[c(H2)]随时间(t)的变化如图。控制其它条件不变，在温度为T2时(T2＜T1)发生反应，在图中画出c(CO)变化曲线_____。

II．合成己烷时发生的反应是∶

主反应:反应③6CO(g)+13H2(g)C6H14(g)+6H2O(g)　 △H

副反应:反应④CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)

反应⑤2CO(g)CO2(g)+C(s)

反应③的平衡常数的对数(lgK)随温度(T/K)的变化如图1，在固定的氢碳比[m(H2)/m(CO)]条件下CO的平衡转化率[a(CO)]随温度变化的曲线如图2.

请回答∶

(1)反应③的△H______0 (填“＞”“="或“＜")

(2) 600K前随温度升高反应③的平衡转化率几乎不变，结合图1说明原因(副反应影响可忽略)_____。

(3)工业生产需要选择适合的条件提高综合效益，下列对工业合成已烷的说法中正确的是（______）

A．减少体系中的水蒸气，有利于提高生产效益

B．在体系中加入并保持一定量的二氧化碳有利于减少副反应的发生

C．在体系中加入并保持一定量的碳有利于工业合成已烷

D．工业生产中，选择的压强越高越有利于提高综合效益

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蕴藏在海底的大量“可燃冰”，其开发利用是当前解决能源危机的重要课题。用甲烷制水煤气(CO、H2)，再合成甲醇可以代替日益供应紧张的燃油。下面是产生水煤气的几种方法：

①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)　　 ΔH1=+206.2kJ·mol-1

②CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2(g)　　　 ΔH2=-35.4kJ·mol-1

③CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)　　　 ΔH3=+165.0kJ·mol-1

（1）CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式为__。

（2）从原料、能源利用的角度，分析以上三个反应，作为合成甲醇更适宜的是反应__(填序号)。

（3）也可将CH4设计成燃料电池，来解决能源问题，如图装置所示。持续通入甲烷，在标准状况下，消耗甲烷VL。

①0<V≤33.6L时，负极电极反应式为__。

②33.6L<V≤67.2L时，电池总反应方程式为__。

③V=44.8L时，溶液中离子浓度大小关系为__。

（4）工业合成氨时，合成塔中每产生1molNH3，放出46.1kJ的热量。某小组研究在上述温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为VL的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下表：

①容器Ⅰ中，0～t1时间的平均反应速率v(H2)=__。

②下列叙述正确的是__(填字母)。

a.平衡时，两容器中H2的体积分数相等

b.容器Ⅱ中反应达到平衡状态时，Q>73.76

c.反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等

d.平衡时，容器中N2的转化率：Ⅰ<Ⅱ

e.两容器达到平衡时所用时间：t1>t2

（5）如图是在反应器中将N2和H2按物质的量之比为1∶3充入后，在200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数随压强的变化曲线。

①曲线a对应的温度是__。

②图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是__。

③M点对应的H2转化率是__。

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以天然气为原料合成氨是当下主流合成氨方式，其过程简示如下：

（1）甲烷脱硫的主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（2）甲烷一次转化发生反应：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　　 。

在20L的密闭容器中充入CH4(g)、H2O(g)各1mol,CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。压强P1 　 （选填＞、＜、=）P2；若3min后在150℃、压强为P2时达到平衡，平均反应速率v(H2)=　　　　　 　 。

（3）传统的化学脱碳法是用热碳酸钾溶液洗气，用什么方法可以使洗气后的碳酸钾溶液再生以循环使用？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

铜洗能较彻底脱碳脱硫。醋酸亚铜溶于过量氨水形成的铜洗液，可吸收H2S、O2、CO、CO2等，该铜洗液吸收CO2的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（4）n(N2) ：n(H2)=1 : 3原料气进入合成塔，控制反应条件之外采取什么措施提高原料气利用率？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

（5）NaCl、NaBr、NaI混合溶液中滴入AgNO3溶液至c(Ag+)=0.07 mol·L-1，溶液中浓度比

c(Cl-)：c(Br-)：c(I-) = 　　　　 ：　　　　 ：1。

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