Question

甲醇是一種很好的燃料，工業(yè)上用CH₄和H₂O（g）為原料，通過反應Ⅰ和Ⅱ來制備甲醇．請回答下列問題：
（1）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應室（容積為100L）中，在一定條件下發(fā)生反應：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）（Ⅰ）
CH₄的轉化率與溫度、壓強的關系如圖1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

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

．
②圖中的p₁

＜

p₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時的平衡常數為

2.25×10^-4

．
③該反應的△H

＞

0，△S

＞

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）在壓強為0.1MPa條件下，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）?△H＜0 （Ⅱ）
①若容器的容積不變，下列措施可增大甲醇產率的是

BD

（填序號）．
A．升高溫度
B．將CH₃OH（g）從體系中分離出來
C．恒容下充入He，使體系的總壓強增大
D．再充入a mol CO和3a mol H₂
②為了尋找合成甲醇的適宜溫度和壓強，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經填在了下面的實驗設計表中．

實驗編號	T（℃）	n（CO）/n（H2）	ρ（MPa）
1	150	1 3	0.1
2	n	1 3	5
3	350	m	5

a．表中剩余的實驗數據：n=

150

，m=

1

3

．
b．根據反應Ⅱ的特點，如圖是在壓強分別為0.1MPa和5MPa下CO的轉化率隨溫度變化的曲線，請指明圖2中的壓強p_x=

0.1

MPa．

Answer 1

分析：（1）①根據v=

△c

△t

計算氫氣的平均反應速率；
②該反應是反應前后氣體體積增大的反應，相同溫度下，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，根據甲烷的轉化率確定壓強大��；平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積之比；
③一定壓強下，升高溫度平衡向吸熱反應方向移動，根據轉化率判斷反應熱；反應前后，氣體的物質的量越大，其熵變越大；
（2）①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．
②采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，據此判斷n、m的值．
③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CO的轉化率，由此判斷．

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；
③一定壓強下，升高溫度平衡向正反應方向移動，則正反應是吸熱反應，所以△H＞0；正反應是氣體物質的量增大的反應，氣體的物質的量越多，其熵越大，所以△S＞0，故答案為：＞，＞；
（2）①A、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正確；
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amol CO和3amol 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．
故選：BD
②A、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)

應保持不變，所以m=

1

3

，比較使用1、2，壓強不同，所以溫度應相同，故n=150，故答案為：n=150，

1

3

；
③溫度相同時，作垂直x軸的輔助線，發(fā)現壓強為P_y的CO的轉化率高，反應為前后體積減小的反應，壓強增大平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動，所以P_x＜P_y，所以壓強P_x=0.1MPa．
故答案為：0.1．

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．