甲烷广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑气之中，是优质的气体燃料，更是制造许多化工产品的重要原料Ⅰ．制取氢气已知：CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ•mol-1CH4（g）+CO2（g）

Question

甲烷广泛存在于天然气、沼气、煤矿坑气之中，是优质的气体燃料，更是制造许多化工产品的重要原料
Ⅰ．制取氢气
已知：CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ•mol^-1
以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法
（1）请写出CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式___．

Answer 1

（1）①CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=206.2kmol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）═2CO（g）+2H₂（g）△H=247.4kJmol^-1
由盖斯定律，①×2-②得：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=165.0kmol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）═CO₂（g）+4H₂（g）△H=165.0kmol^-1．
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积固定为10L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
              CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
变化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率=((1.5mol)/(100L))/(5min)=0.003 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.0030mol•L^-1•min^-1； 
②通过图表可知当温度相同时，p₂→p₁时，甲烷的转化率提高，平衡向正向移动，正向为气体系数增大的反应，根据减小压强平衡向系数增大的方向移动可知：p₁

2；故答案为：（3）CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）
初始量：xmol    0.75mol    0.025mol 0.075mol
极限转化：x+0.025   0.75+0.025   0       0
则x+0.025=0.1，所以x=0.075mol，故答案为：0.075mol；
（4）A．充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率，故错误；
B．再充入1mol CO和3molH₂，增大压强，平衡右移，有利提高甲醇的产率，故正确；
C．该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故错误；
D．将CH₃OH（g）从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率，故正确；
故选BD．
（5）由于混合液为中性，则c（OH^-）=c（H⁺），根据电荷守恒可得c（CH₃COO^-）=2c（Ba²⁺）=bmol/L，则溶液中醋酸的浓度为：c（CH₃COOH）=0.5amol/L-c（CH₃COO^-）=（0.5a-b）mol/L；
反应平衡时溶液中c（CH₃COO^-）=2c（Ba²⁺）=bmol/L，根据电荷守恒可得c（OH^-）=c（H⁺），所以溶液显示中性，常温下的中性溶液中c（OH^-）=c（H⁺）=10^-7mol/L，
醋酸的电离平衡常数为：K=

(c(H+)•c(CH3COO-))/(c(CH3COOH))=(10-7×b)/(0.5a-b)=(2b×10-7)/(a-2b)．
故答案为：(2b×10-7)/(a-2b)．