Question

【题目】甲醇是制造燃料电池的重要原料，工业上用CH4和H2O为原料来制备甲醇。

（1）将2.0 molCH4和3.0molH2O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：CH4(g)+H2O(g)＝CO(g)+3H2(g)，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如下图。

①已知压强为p1，100℃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_________。

②图中的p1_______ p2（填“＜”“＞”或“＝”），100℃时平衡常数为_______________。

③在其他条件不变的情况下降低温度，重新达到平衡时H2体积分数将________________（填“增大”“减小”或“不变”）

（2）在压强为0.1MPa条件下，将 amolCO与2 amolH2的混合气体在催化剂作用下能自发反应合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

①该反应的△H________0，△S_________0（填“＜”“＞”或“＝”）

②若容器容积不变，下列措施可提高H2转化率的是__________。

A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离

C.再充入2 molCO和2molH2 D.充入He，使体系总压强增大

Answer 1

【答案】 0.0060mol·L-1·min-1 < 1.35×10-3 减小 < < BC

【解析】（1）①由图可知，100°C时达到平衡时甲烷的转化率为0.5，则转化的甲烷为0.5mol，求出△c（CH4），根据v=，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=计算出平衡时各组分的浓度，代入平衡常数表达式计算；

③降低温度，平衡右移.

（2）混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，而正反应是气体物质的量减小的反应，则说明正反应是放热反应，据此解答。

（1）①由图可知, 100°C时达到平衡时甲烷的转化率为0.5,则转化的甲烷为0.5mol,速率之比等于化学计量数之比,则v(H2)=3v(CH4)=3×=0.0060molL1min1

②正反应为气体体积增大的反应,恒温条件下增大压强,化学平衡逆向移动,甲烷的转化率减小,所以P1<P2，

100℃时 CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)

初始浓度：0.02 0.03 00

变化浓度：0.01 0.01 0.01 0.03

平衡浓度：0.01 0.02 0.010.03

100℃时平衡常数k==1.35×10-3 molL2

③由图像可知，当温度越高时甲烷的转化率越大，说明该反应是吸热反应，降低温度平衡左移，重新达到平衡时H2体积分数将减小.答案为：①0.0060mol·L-1·min-1②<③1.35×10-3

（2）①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，所以△H<0；正反应是气体物质的量减小的反应，气体的物质的量越多，其熵越大，所以△S<0；②A.升高温度平衡左移，H2转化率减小，A错误；B.将CH3OH(g)从体系中分离出来，平衡右移H2转化率增大，B正确；C.再充入2molCO和2molH2，CO增大的程度大于H2增大的程度，平衡右移，H2转化率增大，C正确；D. 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，H2的转化率不变，D错误；答案选BC；答案为：①<、<②BC