Question

甲醇可作为燃料电池的原料．以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇．
Ⅰ：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-129.0kJ?mol^-1
（1）CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CH₃OH（g）和H₂（g）的热化学方程式为

 

．
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入容积为100L的反应室中，在一定条件下发生反应Ⅰ，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图．
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平衡反应速率为

 

．
②100℃时反应Ⅰ的平衡常数为

 

．
（3）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的1/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是

 

（填字母序号）．
A．c（H₂）减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH₃OH的物质的量增加
D．重新平衡c（H₂）/c（CH₃OH）减小
E．平衡常数K增大．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）依据盖斯定律将已知热化学方程式变形运算解答；
（2）列三段式表示各物质起始量、转化量、平衡量；
①依据反应速率计算公式V=

△C

△t

计算解答；
②依据平衡常数表达式计算该反应的平衡常数；
（3）其他条件不变，平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，压强增大，正、逆反应速率都增大，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，生成物的浓度增大，由于温度不变，则平衡常数不变，结合平衡常数可知，平衡时反应物各组分的浓度都增大，据此分析解答；

解答： 解：（1）Ⅰ：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-129.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ得：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+206.0kJ/mol-（-129.0kJ/mol）=+77.0 kJ/mol；
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+77.0 kJ/mol；
（2）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知100℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
              CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
变化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平衡反应速率V（H₂）=

1.5mol 100L

5min

=0.003 mol?L^-1?min^-1，
故答案为：0.003 mol?L^-1?min^-1；
②100℃时反应I的平衡浓度为c（CH₄）=0.005mol/L，c（H₂O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H₂）=0.015mol/L，
所以该温度下反应的平衡常数K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4；
故答案为：2.25×10^-4；
（3）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH₂的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol；
平衡后将容器的容积压缩到原来的

1

2

，其他条件不变，体积减小压强增大，反应速率增大，平衡正向进行
A、体积减小，c（H₂）增大，故A错误；
B、压强增大，正逆反应速率都加快，故B错误；
C、体积减小，压强增大，平衡正向进行，CH₃OH的物质的量增加，故C正确；
D、体积减小，压强增大，平衡正向进行，重新平衡时c（H₂）/c（CH₃OH）减小，故D正确；
E、平衡常数K只随温度的而变化，故E错误；
故选：CD．

点评：本题为综合题，考查了反应热的计算、热化学方程式的书写、反应速率、平衡常数的计算、化学平衡的移动，熟悉热化学方程式书写的方法及盖斯定律计算反应热的方法、明确化学平衡移动规律是解题关键，题目难度较大．