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①和②，用CH4和H2O为原料来制备甲醇。

① CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1

② CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2

将0.20mol CH4(g)和0.30 mol H2O(g)通入容积为10L的密闭容器中，在一定条件下发生反应①，达到平衡时，CH4的转化率与温度、压强的关系如图。

（1）温度不变，缩小体积，增大压强，①的反应速率 ______（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡向 ___方向移动。

（2）温度升高，反应①的ΔH1 0（填“<”、“=”或“>”），其平衡常数表达式为K= ，100℃时的平衡常数值是 ______。

（3）在压强为0.1 MPa条件下, 将a mol CO与 3 a mol H2的混合气体在催化剂作用下进行反应②生成甲醇。为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下表空格中填入剩余的实验条件数据。

实验编号	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
I	150	1/3	0.1
II			5
III	350		5

Answer 1

【答案】（1）增大，逆反应方向或左；

（2）＞，，K=[c(CO)×c3(H2)]/[c(CH4)×c(H2O)]，1.35×10－3；

（3）

实验编号	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
I
II	150	1/3
III		1/3

【解析】

试题分析：（1）增大压强，反应速率增大，根据勒夏特列原理，增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应反应进行；

（2）根据图像，随着温度的升高，CH4的转化率升高，根据勒夏特列原理，正反应方向为吸热反应，△H>0；根据化学平衡常数的定义，K = [c(CO)×c3(H2)]/[c(CH4)×c(H2O)]，根据转化率，推出达到平衡时各组分的浓度：c(CO) = 0.5×0.2/10mol·L－1 = 0.01mol·L－1，c(H2) = 3c(CO) = 0.03mol·L－1，c(CH4) = (0.2－0.2×0.5)/10mol·L－1 = 0.01 mol·L－1，c(H2O) = (0.3－0.5×0.2)/10mol·L－1 = 0.02mol·L－1，代入化学平衡常数表达式，则K = 1.35×10－3；

（3）研究某一因素对化学反应速率或化学平衡移动因素时，要求其他条件不变，I和II压强不同，其他条件相同，II、III温度不同，其他条件相同，因此表格的数据：

实验编号	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
I
II	150	1/3
III		1/3