Question

（2013?江西模擬）甲醇是一種很好的燃料，工業上用CH₄和H₂O為原料，通過下述反應Ⅰ和Ⅱ來制備甲醇．
（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應室（容積為100L），在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．
①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

0.003mol/（L?min）

．
②圖中的P₁

＜

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時平衡常數為

2.25×10^-4

．
③該反應的△H

＞

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）在壓強為0.1MPa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）△H＜0
Ⅱ．
①若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是

BD

．
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．再充入1mol CO和3mol H₂
②為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，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表中．

實驗編號	T（℃）	n（CO）/n（H2）	p（MPa）
l	150	1 3	0.1
2	n	1 3	5
3	350	m	5

A．則上表中剩余的實驗條件數據：a=

150

、b=

1

3

．
B．根據反應Ⅱ的特點，右上圖是在壓強分別為0.1MPa和5MPa下CO的轉化率隨溫度變化的曲線圖，請指明圖中的壓強P_x=

0.1

MPa．

Answer 1

分析：（1）①根據圖知道平衡時甲烷的轉化率，求出△c（CH₄），根據v=

△c

△t

計算v（CH₄），利用速率之比等于化學計量數之比計算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k=

c(CO)×[c(H2)]3

c(CH4)×c(H2O)

，計算出平衡時，各組分的濃度，代入平衡常數計算．
③由圖可知，溫度越高甲烷的轉化率越大，即升高溫度平衡向正反應方向移．
（2）①容器容積不變，增加甲醇產率，平衡向正反應移動，根據外界條件對平衡的影響分析．
②采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，據此判斷a、b的值．
③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CO的轉化率，由此判斷．

解答：解：（1）①由圖知道平衡時甲烷的轉化率為0.5，所以△c（CH₄）

1.0mol×0.5

100L

=0.005mol/L，
所以v（CH₄）=

0.005mol/L

5min

=0.001mol/（L?min），速率之比等于化學計量數之比，所以v（H₂）=3v（CH₄）=3×0.001mol/（L?min）=0.003mol/（L?min）．
故答案為：0.003mol/（L?min）．
②溫度相同時，作垂直x軸的輔助線，發現壓強為P₁的CH₄的轉化率高，反應為前后體積增大的反應，壓強增大平衡向體積減小的方向移動，即向逆反應移動，CH₄的轉化率降低，所以P₁＜P₂．
               CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g），
開始（mol）：1.0        2.0               0        0
變化（mol）：1.0×0.5    0.5               0.5      1.5
平衡（mol）：0.5        1.5               0.5      1.5
所以平衡常數k=

c(CO)×[c(H2)]3

c(CH4)×c(H2O)

=

0.5mol 100L ×( 1.5mol 100L )3

0.5mol 100L × 1.5mol 100L

=2.25×10^-4，
故答案為：＜；2.25×10^-4
③由圖可知，溫度越高甲烷的轉化率越大，即升高溫度平衡向正反應方向移，溫度升高平衡向吸熱方向移動，所以正反應為吸熱反應，即△H＞0．
故答案為：＞
（2）①A、該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，即向逆反應方向移動，甲醇的產率降低，故A錯誤；
B、將CH₃OH（g）從體系中分離，產物的濃度降低，平衡向正反應移動，甲醇的產率增加，故B錯誤；
C、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，甲醇的產率不變，故C錯誤；
D、再充入1mol CO和3mol H₂，可等效為壓強增大，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應方向移動，甲醇的產率增加，故D正確．
故選：BD
②A、采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，所以溫度、壓強是變化的，

n(CO)

n(H2)

應保持不變，所以b=

1

3

；比較使用1、2，壓強不同，所以溫度應相同，故a=150．
故答案為：a=150；b=

1

3

B、溫度相同時，作垂直x軸的輔助線，發現壓強為P_y的CO的轉化率高，反應為前后體積減小的反應，壓強增大平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動，所以P_x＜P_y，所以壓強P_x=0.1MPa．
故答案為：0.1

點評：本題考查化學反應速率、平衡常數、化學平衡計算、化學平衡的影響因素及讀圖能力等，綜合性較大，難度中等，知識面廣，應加強平時知識的積累．注意控制變量法與定一議二原則應用．