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的转化率与温度、压强的关系如下图。

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，逆反应速率将____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO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) CH3OH(g) Ⅱ

①该反应的ΔH______0，ΔS_____0(填“<”、“>”或“＝”)。

②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是（____）

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．再充入1mol CO和3mol H2

Answer 1

【答案】0.0030mol·L-1·min-1 < 2.25×10-4 减小 < < BD

【解析】

（1）①由图可知100℃时，CH4的转化率为0.5，根据三段法进行计算；

②同一温度下，P1的转化率大于P2，此反应增大压强反应左移，所以p1小于p2；

③升高温度正逆反应速率均加快，降低温度正逆反应均速率减慢；

（2）①根据方程式可知ΔH<0，ΔS<0；

②增加甲醇产率需要是平衡正移，根据平衡移动原理进行分析。

（1）①由图可知100℃时，CH4的转化率为0.5，设CH4转化了x mol/L，则

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

始(mol/L) 0.01 0.02 0 0

转(mol/L) x x x 3x

平(mol/L) 0.01-x 0.02-x x 3x

=0.5 x=0.005mol/L

v(H2)===0.003molL-1min-1

②同一温度下，P1的转化率大于P2，此反应增大压强反应左移，所以P1小于P2；

K===2.25×10-4；

③升高温度正逆反应速率均加快，降低温度正逆反应均速率减慢；

（2）①根据方程式可知ΔH<0，ΔS<0；

②增加甲醇产率需要是平衡正移，反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，

A.升高温度，平衡向吸热的方向移动，即平衡逆向移动，A项错误；

B. 将CH3OH(g)从体系中分离出来，即减小生成物浓度，平衡正向移动，B项正确；

C. 恒容下充入He，使体系的总压强增大，但各物质的浓度不变，平衡不移动，C项错误；

D. 再充入1mol CO和3mol H2，增大了反应物的浓度，平衡正向移动，D项正确；

答案选BD。