Question

甲醇被稱為21世紀的新型燃料，工業(yè)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）通入反應室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）Ⅰ
CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖1．①已知100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示的平均速率為

0.0030mol?L^-1?min^-1

．
②圖中的P₁

＜

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時平衡常數的值為

2.25×10^-4

．
③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”）．
（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)反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）Ⅱ．
④該反應的△H

＜

0，△S

＜

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是

BD

．
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      D．再充入1mol CO和3mol H₂
⑥為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在下面實驗設計表中．

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

A．請在上表空格中填入剩余的實驗條件數據．
B．根據反應Ⅱ的特點，在給出的坐標圖中，畫出其在0.1MPa和5MPa條件下CO的轉化率隨溫度變化的趨勢曲線示意圖（如圖2），并標明各曲線的壓強．

Answer 1

分析：（1）①根據圖知道平衡時甲烷的轉化率，求出△c（CH₄），根據v=

△c

△t

計算v（CH₄），利用速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
②根據定一議二原則，定溫度同，再比較壓強，即作垂直x軸的輔助線，比較平衡時甲烷的轉化率，由此判斷；
平衡常數k=

c(CO)×[c(H2)]3

c(CH4)×c(H2O)

，計算出平衡時，各組分的濃度，代入平衡常數計算；
③降低溫度，正逆反應速率都減小；
（2）④混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇，則說明正反應是放熱反應，正反應是氣體物質的量減小的反應；
⑤容器容積不變，增加甲醇產率，平衡向正反應移動，根據外界條件對平衡的影響分析；
⑥A．根據定一議二原則，定溫度同，再比較壓強；
B．增大壓強，平衡向平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，以此確定圖象．

解答：解：（1）①根據v（H₂）=3v（CH₄）=3×

1.0mol×0.5 100L

5min

=0.0030mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.0030mol?L^-1?min^-1；
②根據化學方程式可以得出，增大壓強，化學平衡逆向移動，甲烷的轉化率減小，可以去200℃來分析，發(fā)現甲烷的轉化率是p₁時大于p₂時的，所以P₁＜P₂，
                CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
初始濃度：0.01     0.02     0       0 
變化濃度：0.005    0.005    0.005    0.015
平衡濃度：0.005    0.015     0.005    0.015
100℃時平衡常數=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

（mol/L）²=2.25×10^-4 （mol/L）²，
故答案為：＜；2.25×10^-4；
③降低溫度，正逆反應速率都減小，故答案為：減小；
（2）④混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇，則說明正反應是放熱反應，所以△H＜0；正反應是氣體物質的量減小的反應，氣體的物質的量越多，其熵越大，所以△S＜0，故答案為：＜；＜；
⑤A．該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，即向逆反應方向移動，甲醇的產率降低，故A錯誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，產物的濃度降低，平衡向正反應移動，甲醇的產率增加，故B錯誤；
C．充入He，使體系總壓強增大，容器容積不變，反應混合物各組分濃度不變，平衡不移動，甲醇的產率不變，故C錯誤；
D．再充入1mol CO和3mol H₂，可等效為壓強增大，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應方向移動，甲醇的產率增加，故D正確．
故答案為：BD；
⑥A．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，所以溫度應相同，應為150℃，故答案為：150；

1

3

；

1

3

；
B．增大壓強，平衡向平衡向正反應方向移動，則CO的轉化率增大，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則CO的轉化率減小，圖象可為，
故答案為：．

點評：本題考查化學反應速率、平衡常數、化學平衡計算、化學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，應加強平時知識的積累．注意控制變量法與定一議二原則應用．