Question

【题目】甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O为原料来制备甲醇。

（1）将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的转化率与温度、压强的关系如图：

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______。

②在其它条件不变的情况下升高温度，化学平衡常数将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。

③图中的P1_____P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为________。

④保持反应体系为100℃，5min后再向容器中充入H2O、H2各0.5mol，化学平衡将向_____移动（填“向左”“向右”或“不”）。

（2）在压强为0.1MPa条件下，将amolCO与3amol H2的混合气体在催化剂作用下能自发发生反应Ⅱ：

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，下列措施可以提高CO转化率的是______。

A．升高温度

B．将CH3OH（g）从体系中分离出来

C．充入He，使体系总压强增大

D．再充入1molCO和3molH2

Answer 1

【答案】0.030molL﹣1min﹣1 增大 ＜ 2.25×10﹣2 向左 ＜ ＜ BD

【解析】

(1)①根据图像，100℃平衡时甲烷的转化率，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”的方法分析判断；③根据“定一议二”的方法分析判断；根据三段式，结合平衡常数K=计算；④保持反应体系为100℃，5min后再向容器中冲入H2O、H2各0.5mol，根据浓度商与平衡常数的相对大小的判断；

(2)①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，结合方程式和△G=△H-T△S＜0分析判断；

②容器容积不变，增加CO的转化率，需要平衡向正反应移动，根据外界条件对平衡的影响分析判断。

(1)①由100℃平衡CH4的转化率为0.5可知，消耗CH4为1mol×0.5=0.5mol，平衡时甲烷的浓度变化量为=5×10-2mol/L，根据甲烷与氢气的计量数关系，则：v(H2)=3v(CH4)=3×=0.030molL-1min-1，故答案为：0.030molL-1min-1；

②通过图像可知，当压强为P1时，升高温度，甲烷的转化率增大，平衡正向移动，所以升高温度，平衡常数增大，故答案为：增大；

③由图可知，温度相同时，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，正反应为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率降低，故压强P1＜P2，

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)

初始浓度：0.1 0.2 0 0

变化浓度：0.05 0.05 0.05 0.15

平衡浓度：0.05 0.15 0.05 0.15

100℃时平衡常数K==2.25×10-2，故答案为：＜；2.25×10-2；

④保持反应体系为100℃，5min后再向容器中冲入H2O、H2各0.5mol，Qc==4×10-2＞K，所以平衡向左移动，故答案为：向左；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反应是气体物质的量减小的反应，反应的△S＜0，混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，根据△G=△H-T△S＜0，说明△H＜0，即正反应是放热反应，故答案为：＜；＜；

②A．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，CO的转化率降低，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，CO的转化率增加，故B正确；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，CO的转化率不变，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，CO的转化率增加，故D正确；故答案为：BD。