Question

氫氣將會成為21世紀最理想的能源又是重要的化工原料，用甲烷制氫是一種廉價的制氫方法．有關的熱化學方程式如下：CH₄（g）+

1

2

O₂（g）?CO（g）+2H₂（g）△H=-36kJ?mol^-1…①
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+216kJ?mol^-1…②
（1）下列說法正確的是

C

．
A．2H₂O（l）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ?mol^-1
B．其它條件不變時，增大體系壓強，反應①②中甲烷的轉化率均增大
C．為維持恒定溫度（不考慮熱量損失），某反應器中同時發生反應①與②時，消耗甲烷的物質的量之比為6：1
（2）工業上常采用甲烷與水蒸氣作用制氫氣，為何不用其他的烴與水蒸氣作用制取氫氣？

①甲烷來源豐富制氫成本低；②甲烷比其它烴的含氫量高，等質量烴制氫時用甲烷的收率是最高的

．
（3）某溫度下，在100L反應器中充入甲烷和水蒸汽的分別為100mol和300mol時，假定只發生反應CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．當甲烷的轉化率為0.5時，此時平衡常數為

1.35

．

Answer 1

分析：（1）A．由反應②-①可計算H₂O（g）=H₂（g）+

1

2

O₂（g）的△H，氣態水的能量比液態水能量高；
B．反應均為氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡逆向移動；
C．維持恒定溫度，吸收與放出的熱量相等；
（2）甲烷中含H量高，且來源廣；
（3）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始 1        3        0       0
轉化0.5       0.5      0.5     1.5
平衡0.5       2.5      0.5     1.5
K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比．

解答：解：（1）A．由反應②-①可計算H₂O（g）=H₂（g）+

1

2

O₂（g）的△H=+252kJ?mol^-1，則2H₂O（g）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+504kJ?mol^-1，氣態水的能量比液態水能量高，故A錯誤；
B．反應均為氣體體積增大的反應，增大壓強，平衡逆向移動，所以反應①②中甲烷的轉化率均減小，故B錯誤；
C．維持恒定溫度，吸收與放出的熱量相等，則反應器中同時發生反應①與②時，消耗甲烷的物質的量之比為

216

36

=6：1，故C正確；
故答案為：C；
（2）甲烷中含H量高，且來源廣，其優點為①甲烷來源豐富制氫成本低；②甲烷比其它烴的含氫量高，等質量烴制氫時用甲烷的收率是最高的，
故答案為：①甲烷來源豐富制氫成本低；②甲烷比其它烴的含氫量高，等質量烴制氫時用甲烷的收率是最高的；
（3）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始 1        3        0       0
轉化0.5       0.5      0.5     1.5
平衡0.5       2.5      0.5     1.5
K=

0.5×(1.5)3

0.5×2.5

=1.35，故答案為：1.35．

點評：本題考查計算，涉及蓋斯定律及化學平衡的計算，注重高考常考考查的考查，（1）中A為解答的易錯點，題目難度中等．