题目内容
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：
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）…ⅠCO（g）+2H2（g）?CH3OH（g） …Ⅱ．
（1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容积为100L反应室，在一定条件下发生反应Ⅰ，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1．
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℃时平衡常数的值为 ．
（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，自发反应Ⅱ，生成甲醇．
③该反应的△H 0；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
④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．
a．请在上表空格中填入剩余的实验条件数据．
b．根据反应ii的特点，在给出的坐标图2中，补画出在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图，并标明压强．
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）…ⅠCO（g）+2H2（g）?CH3OH（g） …Ⅱ．
（1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容积为100L反应室，在一定条件下发生反应Ⅰ，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1．
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
（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，自发反应Ⅱ，生成甲醇．
③该反应的△H
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
④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．
| 实验编号 | T（℃） | N（CO）/n（H2） | P（Mpa） | ||
| i | 150 |
|
0.1 | ||
| ii | 5 | ||||
| iii | 350 | 5 |
b．根据反应ii的特点，在给出的坐标图2中，补画出在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图，并标明压强．
考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素,转化率随温度、压强的变化曲线
专题：化学平衡专题
分析：（1）由100℃平衡CH4的转化率为0.5可知，消耗CH40.5mol，计算CH4的浓度变化量，再根据v=
计算v（CH4），利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，
①根据v=
计算v（H2）；
②采取控制变量法分析，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，根据甲烷的转化率判断；将平衡时各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算；
（2）③由图2可知，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；增加甲醇产率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理分析解答；
④a、该同学通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，据此解答；
b、反应ii与反应i相比，ii中压强增大，平衡向正反应方向移动，相同温度下，CO的转化率增大，据此作图．
| △c |
| △t |
①根据v=
| △c |
| △t |
②采取控制变量法分析，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，根据甲烷的转化率判断；将平衡时各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算；
（2）③由图2可知，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应；增加甲醇产率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理分析解答；
④a、该同学通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，据此解答；
b、反应ii与反应i相比，ii中压强增大，平衡向正反应方向移动，相同温度下，CO的转化率增大，据此作图．
解答：
解：（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
=5×10-3mol/L，则：
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
开始（mol/L）：0.01 0.02 0 0
变化（mol/L）：0.005 0.005 0.005 0.015
平衡（mol/L）：0.005 0.015 0.005 0.015
①v（H2）=
=0.003mol/（L?min），故答案为：0.003mol/（L?min）；
②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；100℃时平衡常数=
=2.25×10-4，
故答案为：＜；2.25×10-4；
（2）③由图2可知，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0；
增加甲醇产率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，
A．正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，甲醇的产率减小，故A错误；
B．将CH3OH（g）从体系中分离，降低生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，甲醇的产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，容器的容积不变，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，故C错误；
D．再充入1mol CO和3mol H2，可以等效为增大压强，平衡向体积减小的正反应方向移动，甲醇的产率增大，故D正确，
故答案为：＜；BD；
④a、通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，由此可得：ii中温度为150℃，n （CO）/n（H2）为
，iii中n （CO）/n（H2）为
，
故答案为：
；
b、反应ii与反应i相比，ii中压强增大，平衡向正反应方向移动，相同温度下，CO的转化率增大，故在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图为：
，
故答案为：．
| 0.5mol |
| 100L |
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
开始（mol/L）：0.01 0.02 0 0
变化（mol/L）：0.005 0.005 0.005 0.015
平衡（mol/L）：0.005 0.015 0.005 0.015
①v（H2）=
| 0.015mol/L |
| 3min |
②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；100℃时平衡常数=
| 0.0153×0.005 |
| 0.005×0.015 |
故答案为：＜；2.25×10-4；
（2）③由图2可知，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即△H＜0；
增加甲醇产率，应改变条件使平衡向正反应方向移动，
A．正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，甲醇的产率减小，故A错误；
B．将CH3OH（g）从体系中分离，降低生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，甲醇的产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，容器的容积不变，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，故C错误；
D．再充入1mol CO和3mol H2，可以等效为增大压强，平衡向体积减小的正反应方向移动，甲醇的产率增大，故D正确，
故答案为：＜；BD；
④a、通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，由此可得：ii中温度为150℃，n （CO）/n（H2）为
| 1 |
| 3 |
| 1 |
| 3 |
故答案为：
| 实验编号 | T（℃） | n（CO）/n（H2） | P（Mpa） | ||
| i | |||||
| ii | 150 |
|
|||
| iii |
|
b、反应ii与反应i相比，ii中压强增大，平衡向正反应方向移动，相同温度下，CO的转化率增大，故在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图为：
，故答案为：
．
点评：本题考查化学平衡图象、反应速率计算、化学平衡常数的有关计算、化学平衡的影响因素等，难度中等，（2）中注意通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响．
练习册系列答案
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NA代表阿伏加德罗常数，下列有关叙述正确的是（ ）
| A、1 mol羟基中含有10NA个电子 |
| B、标准状况下，22.4 L氢气和氧气的混合气体，含有NA 个分子 |
| C、1 L 1 mol/L 的FeCl3溶液中含有NA 个Fe3+ |
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