Question

【題目】甲烷是最簡(jiǎn)單的烴，是一種重要的化工原料。

（1）以甲烷為原料，有兩種方法合成甲醇：

方法I：①

②

方法Ⅱ：③ _______kJ/mol

（2）在密閉容器中充入2 mol CH4 (g)和1 molO2 (g)，在不同條件下進(jìn)行反應(yīng)：。實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)的變化如圖所示。

①P1時(shí)升高溫度，n(CH3OH)____（填“增大”、“減小”或“不變”）；P1__P2（填“>"、“<”或“=”）；

②E、F、N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)?/span>____(用v(E)、v(F)、v(N)表示）；

③下列能提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的措施是____（填序號(hào)）；

a．選擇高效催化劑 b．增大投料比 c．及時(shí)分離產(chǎn)物

④若F點(diǎn)，n (CH3 OH) =1mol，總壓強(qiáng)為2.5MPa，則To時(shí)F點(diǎn)用分壓強(qiáng)代替濃度表示的平衡常數(shù)Kp=____。

（3）使用新型催化劑進(jìn)行反應(yīng)2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)。隨溫度升高CH3OH的產(chǎn)率如圖所示。

①CH3OH產(chǎn)率在T1至T2時(shí)很快增大的原因是 ____；

②T2后CH3OH產(chǎn)率降低的原因可能是____。

Answer 1

【答案】-251.0 減小 > (N)>(F)>(E) c 2MPa-1 溫度升高反應(yīng)速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強(qiáng) 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CH3OH產(chǎn)率降低

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)反應(yīng)為[①+②]2，以此計(jì)算的反應(yīng)熱；

（2）①此反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

②E、F點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度相同；F、N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)相同；

③a．選擇高效催化劑，只能加快反應(yīng)速率，不能使平衡發(fā)生移動(dòng)；

b．增大投料比，能提高O2轉(zhuǎn)化率，CH4平衡轉(zhuǎn)化率降低；

c．及時(shí)分離產(chǎn)物，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大；

④列出三段式，找出各組分的平衡分壓，代入平衡常數(shù)計(jì)算公式計(jì)算；

（3）①溫度升高反應(yīng)速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強(qiáng)，使產(chǎn)率增大；

②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CH3OH產(chǎn)率降低。

（1）①CH4（g）+O2（g）CO（g）+2H2（g）△H=-35.4kJmol-1
②CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=-90.1kJmol-1
根據(jù)蓋斯定律，[①+②]2得：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g） △H=[(-35.4kJ/mol)+（-90.1kJ/mol）]2=-251.0 kJ/mol；
因此，本題正確答案是：-251.0 ；

（2）①由反應(yīng)式2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)可知，此反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。由圖像可知，在相同壓強(qiáng)下，隨著溫度升高，CH3OH(g)的物質(zhì)的量減小，在相同溫度下，P2到P1，CH3OH(g)的物質(zhì)的量增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即P1> P2。

因此，本題正確答案是：減�。�>；

②E、F點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度相同，但F點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)較大，反應(yīng)速率較大；F、N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)相同，但N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度較高，反應(yīng)速率較大。故化學(xué)反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)?/span>(N)>(F)>(E)，

因此，本題正確答案是：(N)>(F)>(E)；

③a．選擇高效催化劑，只能加快反應(yīng)速率，不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，不能提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率；

b．增大投料比，能提高O2轉(zhuǎn)化率，CH4平衡轉(zhuǎn)化率降低；

c．及時(shí)分離產(chǎn)物，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大；

因此，本題正確答案是：c；

④若F點(diǎn)，n (CH3 OH) =1mol，總壓強(qiáng)為2.5MPa，

2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)

起始量（mol） 2 1 0

轉(zhuǎn)化量（mol） 1 0.5 1

平衡量（mol） 1 0.5 1

CH4 、O2和CH3OH的平衡分壓分別為2.5MPa、2.5MPa、2.5MPa，即1 MPa、0.5MPa、1MPa，

則平衡常數(shù)Kp==2MPa-1，

因此，本題正確答案是：2MPa-1；

（3）①溫度升高反應(yīng)速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強(qiáng)，使產(chǎn)率增大；

②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CH3OH產(chǎn)率降低。

因此，本題正確答案是：溫度升高反應(yīng)速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強(qiáng)；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CH3OH產(chǎn)率降低。