Question

甲醇被稱為2l世紀的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ，用CH₄和H₂O為原料來制備甲醇．
（1）將1mol CH₄和2mol H₂O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），并在一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）…Ⅰ
測得CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖．
①當(dāng)壓強為P₁，溫度為100℃時達到平衡所需的時間為5min．則用H₂表示0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為

 

．
②圖中的P₁

 

P₂（填“＜”、“＞”或“=”）．
③100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．
④在其它條件不變時降低溫度，反應(yīng)Ⅰ的逆反應(yīng)速率將

 

（填“增大”“減小”或“不變”），反應(yīng)

 

移動（填“向正方向”、“向逆方向”或“不”）．
（2）在壓強為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)反應(yīng)生成甲醇，其反應(yīng)如下：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）…Ⅱ
①則該反應(yīng)的△H

 

0，△S

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

．
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
③為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)計的表中．請在下表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)．

實驗編號	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
ⅰ	150	1 3	0.1
ⅱ			5
ⅲ	350		5

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）①100℃時達到平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，則甲烷參加反應(yīng)的物質(zhì)的量=1.0mol×0.5=0.5mol，v（CH₄）=

0.5mol 100L

5min

=1×10^-3mol/（L．min），同一溫度下同一可逆反應(yīng)中，不同物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，據(jù)此計算氫氣反應(yīng)速率；
②相同溫度下，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，根據(jù)甲烷轉(zhuǎn)化率大小確定壓強大��；
③將平衡時各組分的平衡濃度代入平衡常數(shù)表達式計算；
④混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)；
（2）①混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)；
②容器容積不變，增加甲醇產(chǎn)率，平衡向正反應(yīng)移動，根據(jù)外界條件對平衡的影響分析；
③根據(jù)定一議二原則，定溫度同，再比較壓強．

解答： 解：（1）①100℃時達到平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，則甲烷參加反應(yīng)的物質(zhì)的量=1.0mol×0.5=0.5mol，v（CH₄）=

0.5mol 100L

5min

=1×10^-3mol/（L．min），同一溫度下同一可逆反應(yīng)中，不同物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₄）=3×10^-3mol/（L．min），
故答案為：3×10^-3mol/（L．min）；
②相同溫度下，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，所以P₁＜P₂，故答案為：＜；
③由100℃平衡CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5可知，消耗CH₄為1mol×0.5=0.5mol，平衡時甲烷的濃度變化量為：

0.5mol

100L

=5×10^-3mol/L，則：
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：0.01     0.02        0          
變化（mol/L）：0.005    0.005     0.005      0.015
平衡（mol/L）：0.005    0.015     0.005      0.015
100℃時平衡常數(shù)=

0.0153×0.005

0.005×0.015

=2.25×10^-4，
故答案為：2.25×10^-4；
④在其它條件不變時降低溫度，正逆反應(yīng)速率都降低，由圖可知升高溫度，平衡正向移動，降低溫度平衡逆向移動，故答案為：減小；向逆方向；
（2）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，故答案為：＜；＜；
②A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，即向逆反應(yīng)方向移動，甲醇的產(chǎn)率降低，故A錯誤；
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，甲醇的產(chǎn)率增加，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，容器容積不變，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動，甲醇的產(chǎn)率不變，故C錯誤；
故答案為：B；
③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）保持不變，比較使用1、2，壓強不同，所以溫度應(yīng)相同，應(yīng)為150℃，故答案為：150；

1

3

；

1

3

．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計算、化學(xué)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(yīng)加強平時知識的積累．注意控制變量法與定一議二原則應(yīng)用．