Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的應(yīng)用前景。工業(yè)上采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：

反應(yīng)I：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

反應(yīng)II：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2

（1）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.04	0.25	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷ΔH1 _________0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。

②某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密閉容器中，5 min后達(dá)到平衡，測(cè)得c(CO)＝0.2 mol／L，則用H2表示的5min內(nèi)該反應(yīng)的反應(yīng)速率v(H2)=_______mol·L-1·min-1，該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為___________，此時(shí)的溫度為________（從上表中選擇）。

（2）一定條件下，將1 mol CO與 3 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。若容器容積不變，下列措施可提高CO轉(zhuǎn)化率的是________。

A．升高溫度 B．將CH3OH（g）從體系中分離

C．恒容條件下充入He D．再充入適量的 H2

（3）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)	溫度（℃）	n(CO)/n(H2)	壓強(qiáng)（MPa）
1	a	1/2	0.2
2	200	b	5
3	350	1/2	0.2

A．則上表中剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)：a=________、b=_______。

B．根據(jù)反應(yīng)I的特點(diǎn)，左下圖是在壓強(qiáng)分別為0.2MPa和5MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖，請(qǐng)指明圖中的壓強(qiáng)Py=______MPa。

（4）上述反應(yīng)中需要用到H2做反應(yīng)物，以甲烷為原料制取氫氣是常用的制氫方法。已知：

①CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) ΔH = +206.2 kJ·mol-1

②CH4(g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) ΔH = +247.4 kJ·mol-1

則CH4和H2O(g)反應(yīng)生成CO2和H2的熱化學(xué)方程式為：__________________________。

Answer 1

【答案】< 0.32 2.04 250℃ BD 200 1/2 5 CH4(g) + 2H2O(g) = CO2(g) + 4H2(g) ΔH = +165 kJ·mol-1

【解析】

（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

②根據(jù)進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)；

（2）容器容積不變，增加CO轉(zhuǎn)化率，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．

（3）A. 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，據(jù)此判斷a、b的值；

B. 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)CO的轉(zhuǎn)化率，由此判斷。

（4）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算；

①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H1＜0，

故答案為：<；

②初始CO的濃度為2mol/2L=1mol/L；，

；平衡常數(shù)，列三段式：

；平衡常數(shù)只有溫度有關(guān)，溫度相同平衡常數(shù)相同，對(duì)比表格數(shù)據(jù)可知此時(shí)溫度為250℃；

故答案為：0.32；2.04；250℃；

（2）①A、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molH2，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故D正確．
故答案為：BD；

（3）A．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)應(yīng)保持不變，所以b=1/2；比較使用1、2，壓強(qiáng)不同，所以溫度應(yīng)相同，故a=200。

故答案為：200；1/2；

B．溫度相同時(shí)，作垂直x軸的輔助線，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)為Py的CO的轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為前后體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，所以Px＜Py，所以壓強(qiáng)Px=5MPa．

故答案為：5；

（4）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJmol-1
②CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJmol-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，①×2-②則CH4和H2O（g）反應(yīng)生成CO2和H2的熱化學(xué)方程式為CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJmol-1；
故答案為：CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJmol-1；