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【题目】合成氨原料可以由天然气制取。其主要反应为:CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g)

(1)1 m3(标准状况)CH4按上式完全反应,产生H2_________mol。(精确到0.1)

(2)CH4和O2的反应为:2CH4(g)+O2(g)→2CO(g)+4H2(g)

设CH4同时和H2O(g)及O2(g)反应。1 m3(标准状况)CH4按上述两式完全反应,产物气体的体积V m3(标准状况)的取值范围为________。

(3)CH4和H2O(g)及富氧空气(O2含量较高的空气)混合反应,产物气体组成如下表:

气体

CO

H2

N2

O2

体积(L)

25

60

15

2.5

计算该富氧空气中O2和N2的体积比,V(O2):V(N2)=________。

(4)若CH4和H2O(g)及(3)题中的富氧空气混合反应,产物气体中V(H2):V(N2)=3:1(合成氨反应的最佳比),则反应中的H2O(g)和富氧空气的体积比为_______。

【答案】133.9 3 <V<4 1:15

【解析】

⑴根据第1个方程式,先算出甲烷的物质的量,再计算氢气的物质的量。

⑵用极限思维,假设全部发生第1个反应,算出气体量,假设全部发生第2个反应,算出气体量,根据极限思维,只能是两者之内。

⑶用方程式建立关系,依据生成一氧化碳和氢气的量建立方程式进行计算,再计算氧气和氮气的量的关系。

⑷用方程式建立关系,利用已知氢气与氮气的量之比为3:1建立方程式,再用⑶中的关系结合一起得出答案。

⑴1 m3(标准状况)CH4体积为1000L,其物质的量,按上式完全反应,产生H2物质的量44.64 mol×3 = 133.9mol,故答案为133.9 mol。

⑵1 m3(标准状况)CH4按照第1个方程式得出生成的气体体积为4 m3,按照第2个方程式得出生成的体积为3 m3,因此1 m3(标准状况)CH4按上述两式完全反应,产物气体的体积V m3(标准状况)的取值范围为3 <V<4,故答案为:3 <V<4。

⑶

建立关系 x + y = 25 ,3x + 2y =60,解得x = 10,y = 15,因此该富氧空气中O2和N2的体积比,V(O2):V(N2)=(0.5×15 + 0.5):15 =2:3,故答案为2:3。

⑷

根据信息得出V(H2):V(N2)=(3z + 4d):1.5d = 3:1,则z:d= 1:6,则H2O(g)和富氧空气的体积比为z:2.5d =1:2.5×6 =1:15,故答案为:1:15。

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容器(温度)

t(min)

c(molL-1)

0

40

80

120

160

甲(400℃)

c(NO)

2.00

1.50

1.10

0.80

0.80

乙(400℃)

c(NO)

1.00

0.80

0.65

0.53

0.45

丙(T℃)

c(NO)

2.00

1.40

1.10

1.10

1.10

A.达到平衡状态时,2v正c(NO)=v逆c(N2)

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t/min

0

5

10

15

20

25

30

n(H2)/mol

6.00

4.50

3.60

3.30

3.03

3.00

3.00

n(NH3)/mol

0

1.00

1.60

1.80

1.98

2.00

2.00

(1) 前10min 中利用N2表示的反应速率为________

(2) 该温度下,此反应的平衡常数K=__________

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