题目内容
9．
甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O（g）为原料，通过反应I和II来制备甲醇．请回答下列问题：
（1）将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入反应（容积为l00L），在一定条件下发生反应：
cCH4（g）+H2O（g）$\stackrel{一定条件}{→}$CO（g）+3H2（g） I．
CH4的转化率与温度、压强的关系如图所示．
①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为0.003mol/（L•min）
②图中的P1＜P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为2.25×10-4．
③该反应的△H＞0 （填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）在压强为0.1MPa条件下，a molCO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H2（g）$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$ CH30H（g）；△H＜0Ⅱ．
①若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是BD （填序号）．
A．升高温度
B．将CH3OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充人lmolCO和3mol H2
②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在了右边的实验设计表中．
| 实验编号 | T（℃） | n（CO）/n（H2） | p（MPa） |
| l | 150 | 1/3 | 0.1 |
| 2 | n | 1/3 | 5 |
| 3 | 350 | m | 5 |
n=150，m=$\frac{1}{3}$．
b．根据反应Ⅱ的特点，如图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强px=0.1 MPa．
分析 （1）①根据图知道平衡时甲烷的转化率，求出△c（CH4），根据v=$\frac{△C}{△t}$计算v（CH4），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H2）．
②根据定一议二原则，定温度同，再比较压强，即作垂直x轴的辅助线，比较平衡时甲烷的转化率，由此判断；
平衡常数k=$\frac{c（CO）×{C}^{3}（{H}_{2}）}{C（C{H}_{4}）×C（{H}_{2}O）}$，计算出平衡时，各组分的浓度，代入平衡常数计算．
③由图可知，温度越高甲烷的转化率越大，即升高温度平衡向正反应方向移．
（2）①容器容积不变，增加甲醇产率，平衡向正反应移动，根据外界条件对平衡的影响分析．
②采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，据此判断a、b的值．
③根据定一议二原则，定温度同，再比较压强，即作垂直x轴的辅助线，比较平衡时CO的转化率，由此判断．
解答 解：（1）①由图知道平衡时甲烷的转化率为0.5，所以△c（CH4）$\frac{1.0mol×0.5}{100L}$=0.005mol/L，
所以v（CH4）=$\frac{0.005mol/L}{5min}$=0.001mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H2）=3v（CH4）=3×0.001mol/（L•min）=0.003mol/（L•min）．
故答案为：0.003mol/（L•min）．
②温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为P1的CH4的转化率高，反应为前后体积增大的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应移动，CH4的转化率降低，所以P1＜P2．
CH4（g）+H2O（g）
CO（g）+3H2（g），
开始（mol）：1.0 2.0 0 0
变化（mol）：1.0×0.5 0.5 0.5 1.5
平衡（mol）：0.5 1.5 0.5 1.5
所以平衡常数k=$\frac{c（CO）×{C}^{3}（{H}_{2}）}{C（C{H}_{4}）×C（{H}_{2}O）}$=$\frac{\frac{0.5mol}{100L}×（\frac{1.5mol}{100L}）^{3}}{\frac{0.5mol}{100L}×\frac{1.5mol}{100L}}$=2.25×10-4，
故答案为：＜；2.25×10-4；
③由图可知，温度越高甲烷的转化率越大，即升高温度平衡向正反应方向移，温度升高平衡向吸热方向移动，所以正反应为吸热反应，即△H＞0．
故答案为：＞；
（2）①A、该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向移动，即向逆反应方向移动，甲醇的产率降低，故A错误；
B、将CH3OH（g）从体系中分离，产物的浓度降低，平衡向正反应移动，甲醇的产率增加，故B错误；
C、充入He，使体系总压强增大，容器容积不变，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，故C错误；
D、再充入1mol CO和3mol H2，可等效为压强增大，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，甲醇的产率增加，故D正确．
故选：BD；
②a、采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以温度、压强是变化的，$\frac{n（CO）}{n（{H}_{2}）}$应保持不变，所以b=$\frac{1}{3}$；比较使用1、2，压强不同，所以温度应相同，故a=150．
故答案为：a=150；b=$\frac{1}{3}$；
b、温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为Py的CO的转化率高，反应为前后体积减小的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，所以Px＜Py，所以压强Px=0.1MPa．
故答案为：0.1．
点评 本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素及读图能力等，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．注意控制变量法与定一议二原则应用．
| A． | 合成高分子材料都难以降解，会造成环境污染 | |
| B． | 塑料、涂料和合成橡胶被称为“三大合成材料” | |
| C． | 食品包装袋、食物保鲜膜等材料的主要成分是聚氯乙烯 | |
| D． | 用于生产“尿不湿”的高吸水性树脂属于功能高分子材料 |
①Cl-和Cl2的性质相同 ②ClO-具有氧化性 ③Cl-比Cl多一个电子 ④盐酸兼有酸性、氧化性、还原性 ⑤Cl-具有酸性 ⑥Cl2的氧化性比MnO2的强 ⑦Cl2只有氧化性而没有还原性．
| A． | ①②⑤⑥ | B． | 仅②④⑥ | C． | 仅②③④ | D． | ②③④⑥ |
| A． | ①和②都是过滤操作 | |
| B． | 滤渣的成分是Cu和Fe的混合物 | |
| C． | 操作③和④都是在蒸发皿中进行 | |
| D． | 溶液B中反应的离子方程式：4Fe2++O2+8NH3+10H2O═8NH4++4Fe（OH）3↓ |
由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g），如图表示该反应进行过程中能量（单位为kJ•mol-1）的变化．
| A． |  用如图装置制取Fe（OH）2沉淀 | |
| B． |  用如图装置吸收NH3，并防止倒吸 | |
| C． |  用如图装置蒸干AlCl3饱和溶液制备AlCl3晶体 | |
| D． |  用如图装置比较Na2CO2与NaHCO3的稳定性 |
| A． | Cl2和水反应：Cl2+H2O═2H++Cl-+ClO- | |
| B． | Fe加入CuSO4溶液：2Fe+3Cu2+═2Fe3++3Cu | |
| C． | AlCl3溶液中加入氨水：Al3++4NH3•H2O═AlO2-+4NH4++2H2O | |
| D． | 石灰石溶于稀盐酸：CaCO3+2H+═Ca2++H2O+CO2↑ |
