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(yīng)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(yīng)室（容積為100L）中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）（Ⅰ）
CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．
①已知100℃時達(dá)到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示的平均反應(yīng)速率為

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

．
②圖中的p₁

＜

p₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時的平衡常數(shù)為

2.25×10^-4

．
③該反應(yīng)的△H

＞

0，△S

＞

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）在壓強(qiáng)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(yīng)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(chǎn)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(qiáng)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(qiáng)，某同學(xué)設(shè)計了三組實(shí)驗，部分實(shí)驗條件已經(jīng)填在了下面的實(shí)驗設(shè)計表中．

實(shí)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(shí)驗數(shù)據(jù)：n=

150

，m=

1

3

．
b．根據(jù)反應(yīng)Ⅱ的特點(diǎn)，如圖是在壓強(qiáng)分別為0.1MPa和5MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線，請指明圖2中的壓強(qiáng)p_x=

0.1

MPa．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)v=

△c

△t

計算氫氣的平均反應(yīng)速率；
②該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積增大的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動，根據(jù)甲烷的轉(zhuǎn)化率確定壓強(qiáng)大小；平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積之比；
③一定壓強(qiáng)下，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)轉(zhuǎn)化率判斷反應(yīng)熱；反應(yīng)前后，氣體的物質(zhì)的量越大，其熵變越大；
（2）①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．
②采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，據(jù)此判斷n、m的值．
③根據(jù)定一議二原則，定溫度同，再比較壓強(qiáng)，即作垂直x軸的輔助線，比較平衡時CO的轉(zhuǎn)化率，由此判斷．

解答：解：（1）①根據(jù)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(jù)化學(xué)方程式可以得出，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，可以去200℃來分析，發(fā)現(xiàn)甲烷的轉(zhuǎn)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(shù)=

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(qiáng)下，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以△H＞0；正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量越多，其熵越大，所以△S＞0，故答案為：＞，＞；
（2）①A、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(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，甲醇的產(chǎn)率不變，故C錯誤；
D、再充入amol CO和3amol H₂，可等效為壓強(qiáng)增大，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，甲醇的產(chǎn)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(qiáng)的適宜條件，所以溫度、壓強(qiáng)是變化的，

n(CO)

n(H2)

應(yīng)保持不變，所以m=

1

3

，比較使用1、2，壓強(qiáng)不同，所以溫度應(yīng)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(xiàn)壓強(qiáng)為P_y的CO的轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為前后體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動，所以P_x＜P_y，所以壓強(qiáng)P_x=0.1MPa．
故答案為：0.1．

點(diǎn)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(qiáng)平時知識的積累．注意控制變量法與定一議二原則應(yīng)用．