Question

【題目】甲醇是制造燃料電池的重要原料，工業(yè)上用CH4和H2O為原料來制備甲醇。

（1）將2.0 molCH4和3.0molH2O(g)通入反應室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應：CH4(g)+H2O(g)＝CO(g)+3H2(g)，CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如下圖。

①已知壓強為p1，100℃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p1_______ p2（填“＜”“＞”或“＝”），100℃時平衡常數(shù)為_______________。

③在其他條件不變的情況下降低溫度，重新達到平衡時H2體積分數(shù)將________________（填“增大”“減小”或“不變”）

（2）在壓強為0.1MPa條件下，將 amolCO與2 amolH2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

①該反應的△H________0，△S_________0（填“＜”“＞”或“＝”）

②若容器容積不變，下列措施可提高H2轉化率的是__________。

A.升高溫度 B.將CH3OH(g)從體系中分離

C.再充入2 molCO和2molH2 D.充入He，使體系總壓強增大

Answer 1

【答案】 0.0060mol·L-1·min-1 < 1.35×10-3 減小 < < BC

【解析】（1）①由圖可知，100°C時達到平衡時甲烷的轉化率為0.5，則轉化的甲烷為0.5mol，求出△c（CH4），根據v=，計算v（CH4），利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H2）；②根據定一議二原則，定溫度同，再比較壓強，即作垂直x軸的輔助線，比較平衡時甲烷的轉化率，由此判斷；平衡常數(shù)k=計算出平衡時各組分的濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；

③降低溫度，平衡右移.

（2）混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇，而正反應是氣體物質的量減小的反應，則說明正反應是放熱反應，據此解答。

（1）①由圖可知, 100°C時達到平衡時甲烷的轉化率為0.5,則轉化的甲烷為0.5mol,速率之比等于化學計量數(shù)之比,則v(H2)=3v(CH4)=3×=0.0060molL1min1

②正反應為氣體體積增大的反應,恒溫條件下增大壓強,化學平衡逆向移動,甲烷的轉化率減小,所以P1<P2，

100℃時 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

初始濃度：0.02 0.03 00

變化濃度：0.01 0.01 0.01 0.03

平衡濃度：0.01 0.02 0.010.03

100℃時平衡常數(shù)k==1.35×10-3 molL2

③由圖像可知，當溫度越高時甲烷的轉化率越大，說明該反應是吸熱反應，降低溫度平衡左移，重新達到平衡時H2體積分數(shù)將減小.答案為：①0.0060mol·L-1·min-1②<③1.35×10-3

（2）①混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇，則說明正反應是放熱反應，所以△H<0；正反應是氣體物質的量減小的反應，氣體的物質的量越多，其熵越大，所以△S<0；②A.升高溫度平衡左移，H2轉化率減小，A錯誤；B.將CH3OH(g)從體系中分離出來，平衡右移H2轉化率增大，B正確；C.再充入2molCO和2molH2，CO增大的程度大于H2增大的程度，平衡右移，H2轉化率增大，C正確；D. 充入He，使體系總壓強增大，容器容積不變，反應混合物各組分濃度不變，平衡不移動，H2的轉化率不變，D錯誤；答案選BC；答案為：①<、<②BC