Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀的新型燃料．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業流程如圖1：

請填空：
（1）在一定條件下，反應室1中發生反應：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．
在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應速率將

減小

 （填“增大”、“減小”或“不變”）．將1.0molCH₄和2.0molH₂O通入反應室1（假設容積為10L），1min末有0.1molCO生成，則1min內反應的平均速率v（H₂）=

0.03

mol?L^-1?min^-1．
（2）在壓強為0.1MPa條件下，反應室3（容積為2L）中0.2molCO與0.4molH₂在催化劑作用下反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖二所示，則：
①P₁

＜

P₂ （填“＜”、“＞”或“=”）．
②在P₁壓強下，100℃時，反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數K的值為

100

若溫度不變，再加入1.0molCO后重新達到平衡，則CO的轉化率

減小

（填“增大”、“不變”或“減小”）
③在其它條件不變的情況下，反應室3再增加0.2molCO與0.4molH₂，達到新平衡時，CO的轉化率

增大

（填“增大”、“不變”或“減小”）

Answer 1

分析：（1）降低溫度正、逆反應速率都降低；
根據方程式計算生成的氫氣的物質的量，進而計算氫氣的濃度變化，根據v=

△c

△t

計算v（H₂）；
（2）①由圖2可知，溫度相同時，在壓強為P₂時平衡時CO的轉化率高，由反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強越大，越有利于平衡向正反應進行；
②由圖2可知，在P₁壓強下，100℃時，CO的轉化率為0.5，據此計算CO的濃度變化量，根據三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數表達式k=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

計算；
若溫度不變，再加入1.0molCO，平衡向正反應移動，重新達到平衡，氫氣的轉化率增大，CO的轉化率減小；
③在其它條件不變的情況下，反應室3再增加0.2molCO與0.4molH₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CO轉化率增大．

解答：解：（1）降低溫度逆反應速率減小；
1min末有0.1molCO生成，根據方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）可知，生成的氫氣為0.1mol×3=0.3mol，容器的體積為10L，
則1min內用氫氣表示的平均速率v（H₂）=

0.3mol 10L

1min

=0.03mol/（L?min）；
故答案為：減小；0.03；
（2）①由圖2可知，溫度相同時，在壓強為P₂時平衡時CO的轉化率高，由反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）可知壓強越大，越有利于平衡向正反應進行，故壓強P₁＜P₂；
故答案為：＜；
②CO的起始濃度為

0.2mol

2L

=0.1mol/L，H₂的起始濃度為

0.4mol

2L

=0.2mol/L，由圖2可知，在P₁壓強下，100℃時，CO的轉化率為0.5，CO的濃度變化量為0.1mol/L×0.5=0.05mol/L，則：
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.1       0.2       0
變化（mol/L）：0.05      0.1       0.05
平衡（mol/L）：0.05      0.1       0.05
所以平衡常數k=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.05

0.05×0．12

=100
若溫度不變，再加入1.0molCO，平衡向正反應移動，重新達到平衡，CO的轉化率減小，故答案為：100；減小；
③在其它條件不變的情況下，反應室3再增加0.2molCO與0.4molH₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CO轉化率增大，故答案為：增大．

點評：本題考查化學反應速率、影響平衡的因素、化學平衡常數、化學平衡圖象等，難度中等，（2）中③可以利用平衡常數理解，假定轉化率相同，計算濃度商與平衡常數比較判斷．