Question

甲醇被稱21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和一定量H₂O（g）通入反應(yīng)室（容積為10L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H=Q kJ/mol（Ⅰ）
CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖．
①圖中的p₁

 

p₂（填“＜”、“＞”或“=”下同），且Q

 

0；
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

；
③100℃，p₁壓強(qiáng)下，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，H₂O的轉(zhuǎn)化率為20%，則最初加入H₂O（g）的物質(zhì)的量為

 

．
（2）200℃壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將CO、H₂混合后在催化劑作用下能反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol （Ⅱ）
①在上述條件下，將1mol CO、3mol H₂混合后在容積為5L的密閉容器中充分反應(yīng)后，放出熱量21kJ，則該條件下其化學(xué)平衡常數(shù)為

 

；
②在上述條件下，將1mol CH₃OH（g）在相同密閉容器中反應(yīng)達(dá)平衡后，與上述平衡相比，下列說(shuō)法正確的是

 

．
A．CO體積分?jǐn)?shù)更大   B．c（CH₃OH）更大  C．化學(xué)平衡常數(shù)減小D．吸收熱量＞63kJ．

Answer 1

考點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)圖象有三個(gè)變量，應(yīng)“定一議二”；
②平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

；
③根據(jù)圖表可知甲烷的轉(zhuǎn)化量△n=1.0×0.4=0.4，然后根據(jù)轉(zhuǎn)化量之比等于方程式系數(shù)之比得消耗的H₂O的物質(zhì)的量，再代入轉(zhuǎn)化率公式求算；
（2）①列三段求出各物質(zhì)的濃度，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式求解；
②運(yùn)用等效平衡的知識(shí)．在恒溫、恒壓下，只要使各物質(zhì)初始濃度對(duì)應(yīng)成比例即可建立相似平衡，即兩平衡的關(guān)系是相似關(guān)系．兩平衡中各組分平衡時(shí)的物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氣體體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等對(duì)應(yīng)相等；兩平衡中正與正，逆與逆速率各自對(duì)應(yīng)成比例；而兩平衡中各物質(zhì)平衡時(shí)的物質(zhì)的量 反應(yīng)容器的體積 等對(duì)應(yīng)成比例．

解答： 解：（1）①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)＞0，
故答案為：＜；＞；
②平衡常數(shù)表達(dá)式：K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

，故答案為K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

；
③根據(jù)圖表可知甲烷的轉(zhuǎn)化量△n（CH₄）=1.0mol×0.4=0.4 mol，△n（CH₄）：△n（H₂O）=1：1 得△n（H₂O）=0.4mol，H₂O的轉(zhuǎn)化率=

轉(zhuǎn)化量

起始量

×100%=

0.4mol

n0

×100%=20%，得n₀=2.0mol，
故答案為：2.0mol；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol 
                 1       2         1           84kJ
 
  n₀ （mol）     1        3         0                        
△n（mol）    0.25     0.5       0.25        21kJ                 
   n_平（mol）  0.75     2.5      0.25
平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度：C（CO）=0.15mol/L，C（H₂）=0.5mol/L，C（CH₃OH）=0.05mol/L，
K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=1.33，
故答案為；1.33；
②首先考慮正向投料，將1mol CO、3mol H₂，分成兩次投料第一次為1mol CO、2mol H₂，達(dá)到平衡后再進(jìn)行第二次投料投入1mol的
H₂，則
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol
正向第一次投料   1      2          0
正向第二次投料           1
逆向投料        0        0        1
  A．正向第一次投料和逆向投料這兩個(gè)過(guò)程建立的平衡體系等效，所以CO的體積分?jǐn)?shù)相等，若再進(jìn)行第二次投料則正向第一次投料后建立的平衡向右移動(dòng)，故CO的體積分?jǐn)?shù)與逆向投料平衡后小，故A正確；
B．正向第一次投料和逆向投料這兩個(gè)過(guò)程建立的平衡體系等效，甲醇濃度相等，若再進(jìn)行第二次投料則正向第一次投料后建立的平衡向右移動(dòng)，甲醇濃度增大，所以逆向投料平衡后甲醇的濃度小于正向投料達(dá)到平衡時(shí)甲醇的濃度，故B錯(cuò)誤；
C．體系溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)相等，故C錯(cuò)誤；
D．正向第一次投料和逆向投料這兩個(gè)過(guò)程建立的平衡體系等效，反應(yīng)的熱效應(yīng)相同，若再進(jìn)行第二次投料則正向第一次投料后建立的平衡向右移動(dòng)，又放出一部分熱量，吸收的熱量減小，故D正確；
故選AD．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素等效平衡及學(xué)生的識(shí)圖能力等，綜合性較大，難度中等，應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識(shí)的積累，注意控制變量法與看圖時(shí)定一議二思想的應(yīng)用．