Question

甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應(yīng)I和Ⅱ，用CH₄和H₂O為原料來制備甲醇．

（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）Ⅰ
CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1．①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示的平均速率為

0.0030mol?L^-1?min^-1

．
②圖中的P₁

＜

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)的值為

2.25×10^-4

．
③在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應(yīng)速率將

減小

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（2）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）Ⅱ．
④該反應(yīng)的△H

＜

0，△S

＜

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

BD

．
A．升高溫度                     B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大      D．再充入1mol CO和3mol H₂
⑥為了尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T（℃）	n（CO）/n（H2）	P（MPa）
i	150	1 3	0.1
ii	150	1 3	5
iii	350	1 3	5

A．請(qǐng)?jiān)谏媳砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．
B．根據(jù)反應(yīng)Ⅱ的特點(diǎn)，在給出的坐標(biāo)圖中，畫出其在0.1MPa和5MPa條件下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的趨勢(shì)曲線示意圖（如圖2），并標(biāo)明各曲線的壓強(qiáng)．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)圖知道平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率，求出△c（CH₄），根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CH₄），利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
②根據(jù)定一議二原則，定溫度同，再比較壓強(qiáng)，即作垂直x軸的輔助線，比較平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率，由此判斷；
平衡常數(shù)k=

c(CO)×[c(H2)]3

c(CH4)×c(H2O)

，計(jì)算出平衡時(shí)，各組分的濃度，代入平衡常數(shù)計(jì)算；
③降低溫度，正逆反應(yīng)速率都減小；
（2）④混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)；
⑤容器容積不變，增加甲醇產(chǎn)率，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，根據(jù)外界條件對(duì)平衡的影響分析；
⑥A．根據(jù)定一議二原則，定溫度同，再比較壓強(qiáng)；
B．增大壓強(qiáng)，平衡向平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，以此確定圖象．

解答：解：（1）①根據(jù)v（H₂）=3v（CH₄）=3×

1.0mol×0.5 100L

5min

=0.0030mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.0030mol?L^-1?min^-1；
②根據(jù)化學(xué)方程式可以得出，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，可以去200℃來分析，發(fā)現(xiàn)甲烷的轉(zhuǎn)化率是p₁時(shí)大于p₂時(shí)的，所以P₁＜P₂，
                CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
初始濃度：0.01     0.02     0       0 
變化濃度：0.005    0.005    0.005    0.015
平衡濃度：0.005    0.015     0.005    0.015
100℃時(shí)平衡常數(shù)=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

（mol/L）²=2.25×10^-4 （mol/L）²，
故答案為：＜；2.25×10^-4；
③降低溫度，正逆反應(yīng)速率都減小，故答案為：減�。�
（2）④混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H＜0；正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量越多，其熵越大，所以△S＜0，故答案為：＜；＜；
⑤A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率降低，故A錯(cuò)誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，產(chǎn)物的濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故B錯(cuò)誤；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，容器容積不變，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率不變，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO和3mol H₂，可等效為壓強(qiáng)增大，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故D正確．
故答案為：BD；
⑥A．采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，所以溫度、壓強(qiáng)是變化的，n（CO）/n（H₂）保持不變，比較使用1、2，壓強(qiáng)不同，所以溫度應(yīng)相同，應(yīng)為150℃，故答案為：150；

1

3

；

1

3

；
B．增大壓強(qiáng)，平衡向平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率增大，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率減小，圖象可為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素及讀圖能力等，綜合性較大，難度中等，知識(shí)面廣，應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識(shí)的積累．注意控制變量法與定一議二原則應(yīng)用．