Question

【題目】甲醇是未來重要的綠色能源之一。以CH4和H2O為原料，通過下列反應來制備甲醇。

Ⅰ、CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=+206.0KJ/mol

Ⅱ、CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g） △H=﹣129.0KJ/mol

（1）CH4（g）與H2O（g）反應生成CH3OH（g）和H2（g）的熱化學方程式為___。

（2）將1.0molCH4和2.0mol H2O（g）通入容積為2L的密閉容器中，在一定條件下發生反應I，測得在一定壓強下平衡時CH4的轉化率與溫度的關系如圖1。

①假設100℃時反應I達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示這段時間該反應的平均反應速率為___。

②100℃時反應I的平衡常數為___。若保持溫度和容器的容積不變，5min時再向容器中充入H2O（g）和CO各0.2mol，平衡將___移動（填“正向”、“逆向”或“不”）。

（3）如圖2，P是可自由平行滑動的活塞，關閉K2，在相同溫度下，通過K1、K3分別向A、B中各充入2mol CO和3molH2，在一定條件下發生反應Ⅱ，關閉K1、K3，反應起始時A、B的體積相同，均為aL。

①反應達到平衡后，A內壓強為起始壓強的，則平衡時A容器中H2的體積分數為__。

②若在平衡后打開K2，再次達到平衡后B容器的體積縮至0.6aL，則打開K2之前，B容器的體積為___L。

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g） △H=+77.0kJ·mol﹣1 0.12mol·L﹣1·min﹣1 0.18mol2·L﹣2 逆向 0.8aL

【解析】

(1)Ⅰ、CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=+206.0KJ/mol

Ⅱ、CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g） △H=﹣129.0KJ/mol

將Ⅰ+Ⅱ得：CH4（g）+H2O（g）== CH3OH（g）+ H2（g） △H=+77.0kJ·mol﹣1

(2) 利用三段式我們可以進行以下

CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）

起始量 1.0mol 2.0mol 0 0

變化量 0.4mol 0.4mol 0.4mol 1.2mol

平衡量0.6mol 1.6mol 0.4mol 1.2mol

① 答案為：0.12mol·L﹣1·min﹣1

② 答案為0.18mol2·L﹣2

若保持溫度和容器的容積不變，5min時再向容器中充入H2O（g）和CO各0.2mol，則此時各物質的濃度為 c(CH4)=0.3mol/L，c(H2O)=0.9mol/L，c(CO)=0.3mol/L，c(H2)=0.6mol/L

mol2·L﹣2>0.18mol2·L﹣2

所以平衡應逆向移動。答案為逆向

(3)①設參加反應的CO物質的量為x

CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）

起始量 2mol 3mol 0

變化量 x 2x x

平衡量 2-x 3-2x x

x=1mol

則平衡時A容器中H2的體積分數為 答案為

②若在平衡后打開K2，再次達到平衡后B容器的體積縮至0.6aL，則A、B 兩容器內氣體的總體積為1.6aL，相當于每個容器內的氣體各為0.8aL。

故若打開K2之前，B容器的體積為0.8aL。

答案為0.8aL