Question

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）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表示的平均速率为

0.0030mol?L^-1?min^-1

．
②图中的P₁

＜

P₂（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数的值为

2.25×10^-4

．
③在其它条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将

减小

（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．
④该反应的△H

＜

0，△S

＜

0（填“＜”、“＞”或“=”）．
⑤若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是

BD

．
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
⑥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	1 3	0.1
ii	150	1 3	5
iii	350	1 3	5

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，在给出的坐标图中，画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图（如图2），并标明各曲线的压强．

Answer 1

分析：（1）①根据图知道平衡时甲烷的转化率，求出△c（CH₄），根据v=

△c

△t

计算v（CH₄），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②根据定一议二原则，定温度同，再比较压强，即作垂直x轴的辅助线，比较平衡时甲烷的转化率，由此判断；
平衡常数k=

c(CO)×[c(H2)]3

c(CH4)×c(H2O)

，计算出平衡时，各组分的浓度，代入平衡常数计算；
③降低温度，正逆反应速率都减小；
（2）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；
⑤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；
⑥A．根据定一议二原则，定温度同，再比较压强；
B．增大压强，平衡向平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，升高温度，平衡向逆反应方向移动，以此确定图象．

解答：解：（1）①根据v（H₂）=3v（CH₄）=3×

1.0mol×0.5 100L

5min

=0.0030mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.0030mol?L^-1?min^-1；
②根据化学方程式可以得出，增大压强，化学平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，可以去200℃来分析，发现甲烷的转化率是p₁时大于p₂时的，所以P₁＜P₂，
                CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）
初始浓度：0.01     0.02     0       0 
变化浓度：0.005    0.005    0.005    0.015
平衡浓度：0.005    0.015     0.005    0.015
100℃时平衡常数=

0.005×(0.015)3

0.005×0.015

（mol/L）²=2.25×10^-4 （mol/L）²，
故答案为：＜；2.25×10^-4；
③降低温度，正逆反应速率都减小，故答案为：减小；
（2）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，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：＜；＜；
⑤A．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错误；
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；
D．再充入1mol CO和3mol H₂，可等效为压强增大，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，甲醇的产率增加，故D正确．
故答案为：BD；
⑥A．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

；
B．增大压强，平衡向平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则CO的转化率减小，图象可为，
故答案为：．

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．