Question

【題目】甲醇被稱為21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。

(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容積為10L的反應室，在一定條件下發生反應Ⅰ：CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g)，CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示：

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_________；

②100℃時平衡常數為______________，在其他條件不變的情況下升高溫度，化學平衡常數將_________（“減小”“不變”或“增大”）；

③圖中的p1______（填“＞”“＜”或“=”）p2；

(2)在常溫、壓強為0.1MPa條件下，a molCO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發發生反應Ⅱ：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)

①該反應的ΔH_______（填“＜”“＞”或“=”，下同）0，ΔS________；

②若容器容積不變，下列措施可以提高CO轉化率的是_________；

A、升高溫度 B、將CH3OH(g)從體系中分離出來

C、再充入1molCO和3molH2 D、充入He，使體系總壓強增大

Answer 1

【答案】0.03mol·L-1·min-1 0.0225 增大 ＜ ＜ ＜ BD

【解析】

(1)①當壓強為P1，溫度為100℃時CH4的平衡轉化率為50%，再計算氫氣的反應速率；

②根據可逆反應三段式進行計算；根據圖像，升溫，甲烷的轉化率增大，平衡右移；

③在相同溫度下，P1甲烷的轉化率大于P2甲烷的轉化率；

（2）①大多數的化合反應是放熱反應，焓變小于零，該反應中，反應物的系數和大于產物氣體系數和，所以該反應是熵減的反應；

②根據平衡移動的影響因素進行判斷。

(1)①當壓強為P1，溫度為100℃時CH4的平衡轉化率為50%，根據反應速率之比是化學計量數之比可知用H2表示0～5min內的平均反應速率為×3＝0.03mol·L-1·min-1；

②根據三段式可知：

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

開始時的濃度(mol/L) 0.1 0.2 0 0

改變的濃度(mol/L) 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡時的濃度(mol/L) 0.05 0.15 0.05 0.15

平衡常數K==0.0225；

根據圖像，升溫，甲烷的轉化率增大，平衡右移，正反應是吸熱反應，所以，在其他條件不變的情況下升高溫度，化學平衡常數將增大；

③在相同溫度下，P1甲烷的轉化率大于P2甲烷的轉化率，對于此可逆反應，增大壓強，平衡左移，甲烷的轉化率降低，所以，圖中的P1＜P2；

（2）①混合氣體在催化劑作用下能自發發生反應，因此正反應是放熱反應，焓變小于零，該反應中，反應物的系數和大于產物氣體系數和，所以該反應是熵減的反應，熵變小于零，故答案為：＜；＜；

②A．該反應是放熱的，升高溫度，平衡逆向進行，會減小甲醇產率，選項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，選項B正確；

C．再充入1mol CO和3molH2，增大壓強，平衡右移，有利提高甲醇的產率，選項C正確；

D．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，選項D錯誤；

答案選BD。