Question

甲醇是一種很好的燃料,工業(yè)上用CH4和H2O為原料,通過反應Ⅰ和Ⅱ來制備甲醇。

(1)將1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反應室(容積為100 L),在一定條件下發(fā)生反應:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……Ⅰ。CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如下圖。

 

①已知100 ℃壓強為p1時達到平衡所需的時間為5 min,則用H2表示的平均反應速率為　　　　。 

②圖中的p1　　　　p2(填“<”“>”或“=”),100 ℃壓強為p2時平衡常數(shù)為　　　　。 

③該反應的ΔH　　　　0(填“<”“>”或“=”)。 

(2)在一定條件下,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)　ΔH<0 ……Ⅱ

①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

D.再充入1 mol CO和3 mol H2

②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(jīng)填在下面實驗表格中。

A.下表中剩余的實驗條件數(shù)據(jù):a=　　　　;b=。 

B.根據(jù)反應Ⅱ的特點,下圖是在壓強分別為0.1 MPa和5 MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖,請指明圖中的壓強px=　　　　MPa。 

實驗編號	T/℃	n(CO)/n(H2)	p/MPa
1	150	1/3	0.1
2	a	1/3	5
3	350	b	5

 

 

 

Answer 1

【答案】

(1)①0.003 0 mol·L-1·min-1　②<　2.25×10-4 mol2·L-2　③>

(2)①BD　②150　　0.1

【解析】(1)①v(H2)=3v(CH4)=×3=0.003 0 mol·L-1·min-1;②依據(jù)反應式可知增大壓強平衡左移,轉(zhuǎn)化率減小,所以p1<p2;用“三部曲”可求出在100 ℃壓強為p1時平衡時各物質(zhì)的濃度分別為c(CH4)=0.005 mol·L-1、c(H2O)=0.015 mol·L-1、c(CO)=0.005 mol·L-1、c(H2)=0.015 mol·L-1,K==2.25×10-4;(2)①C選項相當于減壓、D選項相當于加壓;②設計實驗應該只有一個變量,實驗1、2壓強不同,溫度相同;實驗2、3溫度不同,其他相同;壓強越大轉(zhuǎn)化率越高,px的壓強小