Question

【题目】甲醇被称为21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1.0mol CH4和2.0mol H2O(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的平衡转化率与温度、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_________；

②100℃时平衡常数为______________，在其他条件不变的情况下升高温度，化学平衡常数将_________（“减小”“不变”或“增大”）；

③图中的p1______（填“＞”“＜”或“=”）p2；

(2)在常温、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发生反应Ⅱ：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)

①该反应的ΔH_______（填“＜”“＞”或“=”，下同）0，ΔS________；

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、再充入1molCO和3molH2 D、充入He，使体系总压强增大

Answer 1

【答案】0.03mol·L-1·min-1 0.0225 增大 ＜ ＜ ＜ BD

【解析】

(1)①当压强为P1，温度为100℃时CH4的平衡转化率为50%，再计算氢气的反应速率；

②根据可逆反应三段式进行计算；根据图像，升温，甲烷的转化率增大，平衡右移；

③在相同温度下，P1甲烷的转化率大于P2甲烷的转化率；

（2）①大多数的化合反应是放热反应，焓变小于零，该反应中，反应物的系数和大于产物气体系数和，所以该反应是熵减的反应；

②根据平衡移动的影响因素进行判断。

(1)①当压强为P1，温度为100℃时CH4的平衡转化率为50%，根据反应速率之比是化学计量数之比可知用H2表示0～5min内的平均反应速率为×3＝0.03mol·L-1·min-1；

②根据三段式可知：

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

开始时的浓度(mol/L) 0.1 0.2 0 0

改变的浓度(mol/L) 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡时的浓度(mol/L) 0.05 0.15 0.05 0.15

平衡常数K==0.0225；

根据图像，升温，甲烷的转化率增大，平衡右移，正反应是吸热反应，所以，在其他条件不变的情况下升高温度，化学平衡常数将增大；

③在相同温度下，P1甲烷的转化率大于P2甲烷的转化率，对于此可逆反应，增大压强，平衡左移，甲烷的转化率降低，所以，图中的P1＜P2；

（2）①混合气体在催化剂作用下能自发发生反应，因此正反应是放热反应，焓变小于零，该反应中，反应物的系数和大于产物气体系数和，所以该反应是熵减的反应，熵变小于零，故答案为：＜；＜；

②A．该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，选项A错误；

B．将CH3OH(g)从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率，选项B正确；

C．再充入1mol CO和3molH2，增大压强，平衡右移，有利提高甲醇的产率，选项C正确；

D．充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率，选项D错误；

答案选BD。