Question

【題目】甲醇被稱為2l世紀的新型燃料，工業上通過下列反應Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O為原料來制備甲醇。

⑴①將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容積100L的反應室，一定條件下發生反應：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

Ⅰ，CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如圖。已知100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示的平均反應速率為：_____________；

②圖中的壓強P1_________P2(填“大于”、“小于”或“等于”)，100℃時的平衡常數為：_______；

③在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應速率將__________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

⑵在壓強為0.1 MPa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反應生成甲醇：CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

Ⅱ。①若容器容積不變，下列措施可提高甲醇產率的是：________________；

A．升高溫度 B．將CH3OH(g)從體系中分離

C．充入He，使體系總壓強增大 D．加入更高效的催化劑

②為了尋找合成甲醇的適宜溫度和壓強，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計的表中，請幫他完成該表。

實驗編號	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
A	150	1/3	0.1
B	Ⅰ	Ⅱ	5
C	350	1/3	Ⅲ

表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別為：__________、____________、____________。

Answer 1

【答案】0.0030 mol·L-1·min-1 小于 2.25×10-4 減小 B 150 1/3 5

【解析】

（1）①根據v(H2)=3v(CH4)來解答。

②根據化學方程式可以得出，增大壓強，化學平衡逆向移動，甲烷的轉化率減小，所以P1＜P2，然后根據三段式解答。

③降低溫度，逆反應速率將減小。

（2）①A.該反應是放熱的，升高溫度，平衡逆向移動，會減小甲醇產率。

B.將CH3OH(g)從體系中分離，會促使平衡正向移動，提高甲醇的產率。

C.充入He，使體系總壓強增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會移動，不會改變甲醇產率。

D.催化劑只能改變反應速率，不能使平衡移動。

故選B。

②為了尋找合成甲醇的適宜溫度和壓強，只能改變一個條件且其它條件都相同才能作出判斷。

（1）①由圖像可知，100℃時達到平衡時，甲烷的轉化率為0.5，則v(H2)=3v(CH4)=3×(1mol×0.5/100L/5min)= 0.0030 mol·L-1·min-1，故答案為：0.0030 mol·L-1·min-1。

②根據化學方程式可以得出，增大壓強，化學平衡逆向移動，甲烷的轉化率減小，所以P1＜P2，

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

起始濃度（mol/L）0.01 0.02 0 0

變化濃度（mol/L）0.005 0.005 0.005 0.005

平衡濃度（mol/L）0.005 0.015 0.005 0.005

100℃時的平衡常數為：[0.005×(0.015)3/0.005×0.015](mol/L)2=2.25×10-4(mol/L)2,故答案為：小于；2.25×10-4。

③降低溫度，逆反應速率將減小，故答案為：減小。

（2）①A.該反應是放熱的，升高溫度，平衡逆向移動，會減小甲醇產率，故A錯誤；

B.將CH3OH(g)從體系中分離，會促使平衡正向移動，提高甲醇的產率，故B正確；

C.充入He，使體系總壓強增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會移動，不會改變甲醇產率，故C錯誤；

D.催化劑只能改變反應速率，不能使平衡移動，故D錯誤。

故選B。

②為了尋找合成甲醇的適宜溫度和壓強，只能改變一個條件且其它條件都相同才能作出判斷，A和B中壓強不同，則其溫度和n (CO)/n(H2)必須相等，故Ⅰ為150℃，Ⅱ為1/3，B和C中溫度不同，n (CO)/n(H2)相等，則壓強必須相等，故Ⅲ為5，故答案為：150 ；1/3 ；5。