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．（1）将1mol CH4和2mol H2O（g）通入反应室（容积为100L），并在一定条件下发生如下反应：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）…Ⅰ
测得CH4的转化率与温度、压强的关系如图．
①当压强为P1，温度为100℃时达到平衡所需的时间为5min．则用H2表示0～5min内的平均反应速率为
②图中的P1
③100℃时该反应的平衡常数为
④在其它条件不变时降低温度，反应Ⅰ的逆反应速率将
（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，其反应如下：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）…Ⅱ
①则该反应的△H
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
③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的表中．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 |
| 0.1 | ||
| ⅱ | 5 | ||||
| ⅲ | 350 | 5 |
考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素
专题：
分析：（1）①100℃时达到平衡时甲烷的转化率为0.5，则甲烷参加反应的物质的量=1.0mol×0.5=0.5mol，v（CH4）=
=1×10-3mol/（L．min），同一温度下同一可逆反应中，不同物质的反应速率之比等于其计量数之比，据此计算氢气反应速率；
②相同温度下，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，根据甲烷转化率大小确定压强大小；
③将平衡时各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算；
④混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，正反应是气体物质的量减小的反应；
（2）①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，正反应是气体物质的量减小的反应；
②容器容积不变，增加甲醇产率，平衡向正反应移动，根据外界条件对平衡的影响分析；
③根据定一议二原则，定温度同，再比较压强．
| ||
| 5min |
②相同温度下，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，根据甲烷转化率大小确定压强大小；
③将平衡时各组分的平衡浓度代入平衡常数表达式计算；
④混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，正反应是气体物质的量减小的反应；
（2）①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，正反应是气体物质的量减小的反应；
②容器容积不变，增加甲醇产率，平衡向正反应移动，根据外界条件对平衡的影响分析；
③根据定一议二原则，定温度同，再比较压强．
解答：
解：（1）①100℃时达到平衡时甲烷的转化率为0.5，则甲烷参加反应的物质的量=1.0mol×0.5=0.5mol，v（CH4）=
=1×10-3mol/（L．min），同一温度下同一可逆反应中，不同物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以v（H2）=3v（CH4）=3×10-3mol/（L．min），
故答案为：3×10-3mol/（L．min）；
②相同温度下，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，甲烷的转化率减小，所以P1＜P2，故答案为：＜；
③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
变化（mol/L）：0.005 0.005 0.005 0.015
平衡（mol/L）：0.005 0.015 0.005 0.015
100℃时平衡常数=
=2.25×10-4，
故答案为：2.25×10-4；
④在其它条件不变时降低温度，正逆反应速率都降低，由图可知升高温度，平衡正向移动，降低温度平衡逆向移动，故答案为：减小；向逆方向；
（2）①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，所以△H＜0；正反应是气体物质的量减小的反应，气体的物质的量越多，其熵越大，所以△S＜0，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，甲醇的产率降低，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，甲醇的产率增加，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，甲醇的产率不变，故C错误；
故答案为：B；
③采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以温度、压强是变化的，n（CO）/n（H2）保持不变，比较使用1、2，压强不同，所以温度应相同，应为150℃，故答案为：150；
；
．
| ||
| 5min |
故答案为：3×10-3mol/（L．min）；
②相同温度下，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，甲烷的转化率减小，所以P1＜P2，故答案为：＜；
③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：
| 0.5mol |
| 100L |
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
开始（mol/L）：0.01 0.02 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
100℃时平衡常数=
| 0.0153×0.005 |
| 0.005×0.015 |
故答案为：2.25×10-4；
④在其它条件不变时降低温度，正逆反应速率都降低，由图可知升高温度，平衡正向移动，降低温度平衡逆向移动，故答案为：减小；向逆方向；
（2）①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，所以△H＜0；正反应是气体物质的量减小的反应，气体的物质的量越多，其熵越大，所以△S＜0，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，甲醇的产率降低，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，甲醇的产率增加，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，甲醇的产率不变，故C错误；
故答案为：B；
③采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以温度、压强是变化的，n（CO）/n（H2）保持不变，比较使用1、2，压强不同，所以温度应相同，应为150℃，故答案为：150；
| 1 |
| 3 |
| 1 |
| 3 |
点评：本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素及读图能力等，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．注意控制变量法与定一议二原则应用．
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