Question

【題目】甲醇被稱為2l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1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容積為10L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖：

①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為______。

②在其它條件不變的情況下升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)將_______（填“增大”“減小”或“不變”）。

③圖中的P1_____P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為________。

④保持反應(yīng)體系為100℃，5min后再向容器中充入H2O、H2各0.5mol，化學(xué)平衡將向_____移動(dòng)（填“向左”“向右”或“不”）。

（2）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將amolCO與3amol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

①該反應(yīng)的△H_____0，△S_____0（填“＜”、“＞”或“=”）。

②若容器容積不變，下列措施可以提高CO轉(zhuǎn)化率的是______。

A．升高溫度

B．將CH3OH（g）從體系中分離出來

C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

D．再充入1molCO和3molH2

Answer 1

【答案】0.030molL﹣1min﹣1 增大 ＜ 2.25×10﹣2 向左 ＜ ＜ BD

【解析】

(1)①根據(jù)圖像，100℃平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率，求出△c(CH4)，根據(jù)v=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”的方法分析判斷；③根據(jù)“定一議二”的方法分析判斷；根據(jù)三段式，結(jié)合平衡常數(shù)K=計(jì)算；④保持反應(yīng)體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O、H2各0.5mol，根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)的相對(duì)大小的判斷；

(2)①混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，結(jié)合方程式和△G=△H-T△S＜0分析判斷；

②容器容積不變，增加CO的轉(zhuǎn)化率，需要平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，根據(jù)外界條件對(duì)平衡的影響分析判斷。

(1)①由100℃平衡CH4的轉(zhuǎn)化率為0.5可知，消耗CH4為1mol×0.5=0.5mol，平衡時(shí)甲烷的濃度變化量為=5×10-2mol/L，根據(jù)甲烷與氫氣的計(jì)量數(shù)關(guān)系，則：v(H2)=3v(CH4)=3×=0.030molL-1min-1，故答案為：0.030molL-1min-1；

②通過圖像可知，當(dāng)壓強(qiáng)為P1時(shí)，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)增大，故答案為：增大；

③由圖可知，溫度相同時(shí)，到達(dá)平衡時(shí)，壓強(qiáng)為P1的CH4轉(zhuǎn)化率高，正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強(qiáng)P1＜P2，

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

初始濃度：0.1 0.2 0 0

變化濃度：0.05 0.05 0.05 0.15

平衡濃度：0.05 0.15 0.05 0.15

100℃時(shí)平衡常數(shù)K==2.25×10-2，故答案為：＜；2.25×10-2；

④保持反應(yīng)體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O、H2各0.5mol，Qc==4×10-2＞K，所以平衡向左移動(dòng)，故答案為：向左；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，反應(yīng)的△S＜0，混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，根據(jù)△G=△H-T△S＜0，說明△H＜0，即正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：＜；＜；

②A．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)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，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)，CO的轉(zhuǎn)化率增加，故B正確；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)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，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)，CO的轉(zhuǎn)化率增加，故D正確；故答案為：BD。