Question

【題目】甲醇被稱為2l世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過(guò)下列反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O為原料來(lái)制備甲醇．

（1）將1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容積為10L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖：
①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為 ．
②在其它條件不變的情況下升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)將（填“增大”“減小”或“不變”）．
③圖中的P1P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為 ．
④保持反應(yīng)體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O，H2各0.5mol，化學(xué)平衡將向移動(dòng)（填“向左”“向右”或“不”）．
（2）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將a mol CO與 3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ：
CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）
①該反應(yīng)的△H0，△S0（填“＜”、“＞”或“=”）．
②若容器容積不變，下列措施可以提高CO轉(zhuǎn)化率的是 ．
A．升高溫度
B．將CH3OH（g）從體系中分離出來(lái)
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
D．再充入1mol CO和3mol H2 ．

Answer 1

【答案】
（1）0.030mol?L﹣1?min﹣1；增大；＜；2.25×10﹣2；向左
（2）＜；＜；BD
【解析】解：第（1）問(wèn)：①由100℃平衡CH4的轉(zhuǎn)化率為0.5可知，消耗CH4為1mol×0.5=0.5mol，平衡時(shí)甲烷的濃度變化量為： =5×10﹣2mol/L，根據(jù)甲烷與氫氣的計(jì)量數(shù)關(guān)系，則：v（H2）=3v（CH4）=3× =0.030molL﹣1min﹣1 ，
所以答案是：0.030molL﹣1min﹣1；②通過(guò)圖表可知當(dāng)溫度相同時(shí)，p2→p1時(shí)，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動(dòng)，正向?yàn)闅怏w系數(shù)增大的反應(yīng)，根據(jù)減小壓強(qiáng)平衡向系數(shù)增大的方向移動(dòng)可得出p1＜p2；當(dāng)壓強(qiáng)為p1時(shí)，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動(dòng)，所以正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，所以升高溫度平衡常數(shù)變大，所以答案是：增大；③由圖可知溫度相同時(shí)，到達(dá)平衡時(shí)，壓強(qiáng)為P1的CH4轉(zhuǎn)化率高，正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強(qiáng)P1＜P2 ，

	CH4（g）	+	H2O（g）	=	CO（g）	+	3H2（g）
初始濃度：	0.1		0.2		0		0
變化濃度：	0.05		0.05		0.05		0.15
平衡濃度：	0.05		0.15		0.05		0.15

100℃時(shí)平衡常數(shù)= （mol/L）2=2.25×10﹣2 （mol/L）2 ，
所以答案是：＜；2.25×10﹣2；④保持反應(yīng)體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O、H2各0.5mol，Qc= =4×10﹣2＞K，所以平衡向左移動(dòng)，所以答案是：向左；
第（2）問(wèn)：①混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H＜0；正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量越多，其熵越大，所以△S＜0，所以答案是：＜；＜；②A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率降低，故A錯(cuò)誤；
B．將CH3OH（g）從體系中分離，產(chǎn)物的濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，容器容積不變，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率不變，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO和3mol H2 ， 可等效為壓強(qiáng)增大，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故D正確，
所以答案是：BD．
【考點(diǎn)精析】通過(guò)靈活運(yùn)用化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征，掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無(wú)關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無(wú)論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）即可以解答此題．