Question

甲醇是一種很好的燃料,工業(yè)上用CH₄和H₂O為原料,通過反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ來制備甲醇。
(1)將1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入反應(yīng)室(容積為100 L),在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)……Ⅰ。CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖。

①已知100 ℃壓強(qiáng)為p₁時達(dá)到平衡所需的時間為5 min,則用H₂表示的平均反應(yīng)速率為　　　　。 
②圖中的p₁　　　　p₂(填“<”“>”或“="”),100" ℃壓強(qiáng)為p₂時平衡常數(shù)為　　　　。 
③該反應(yīng)的ΔH　　　　0(填“<”“>”或“=”)。 
(2)在一定條件下,將a mol CO與3amol 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)　ΔH<0 ……Ⅱ
①若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是(　　)
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1 mol CO和3 mol H₂
②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)表格中。
A.下表中剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù):a=　　　　;b=。 
B.根據(jù)反應(yīng)Ⅱ的特點(diǎn),下圖是在壓強(qiáng)分別為0.1 MPa和5 MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖,請指明圖中的壓強(qiáng)p_x=　　　　MPa。 

實(shí)驗(yàn)編號	T/℃	n(CO)/n(H2)	p/MPa
1	150	1/3	0.1
2	a	1/3	5
3	350	b	5

 

Answer 1

(1)①0.003 0 mol·L^-1·min^-1　②<　2.25×10^-4�、�>
(2)①BD�、�150　　0.1

(1)①v(H₂)=3v(CH₄)=×3="0.003" 0 mol·L^-1·min^-1;②依據(jù)反應(yīng)式可知增大壓強(qiáng)平衡左移,轉(zhuǎn)化率減小,所以p₁<p₂;用“三部曲”可求出在100 ℃壓強(qiáng)為p₁時平衡時各物質(zhì)的濃度分別為c(CH₄)="0.005" mol·L^-1、c(H₂O)="0.015" mol·L^-1、c(CO)="0.005" mol·L^-1、c(H₂)="0.015" mol·L^-1,K==2.25×10^-4;(2)①C選項(xiàng)相當(dāng)于減壓、D選項(xiàng)相當(dāng)于加壓;②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該只有一個變量,實(shí)驗(yàn)1、2壓強(qiáng)不同,溫度相同;實(shí)驗(yàn)2、3溫度不同,其他相同;壓強(qiáng)越大轉(zhuǎn)化率越高,p_x的壓強(qiáng)小。