题目内容

甲醇是一种很好的燃料,工业上用CH4和H2O 为原料,通过反应I和Ⅱ来制备甲醇。
⑴将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通人反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……I。CH4的转化率与温度、压强的关系如右图所示。

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℃时平衡常数为          。
③该反应的△H        0(填“<”、“>”或“=”)。
(2)在一定条件下,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)  △H<0 ……Ⅱ
④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.充人He,使体系总压强增大    D.再充人lmol CO和3 mol H2
⑤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.下表中剩余的实验条件数据:  a=_    ;b=_        。

实验编号
T(℃)
n(CO)/n(H2)
P(Mpa)
1
150
1/3
0.1
2
a
1/3
5
3
350
b
5
B.根据反应Ⅱ的特点,右下图是在压强分别为0.1 MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图,请指明图中的压强Px =           Mpa。

(14分)(1)①0.0030mol/(L·min) (2分) ②< (2分)
2.25×10-4(mol/L)2(2分,不写单位不扣分,单位写错扣1分) ③>(2分)
(2)④BD(2分) ⑤A.a=150,b=(各1分,共2分) B.0.1(2分)

解析试题分析:(1)①由图像可知,平衡时甲烷的转化率为0.5,所以甲烷的物质的量减少了1.5mol×0.5=0.5mol,则△c(CH4)=0.5mol÷100L=0.005mol/L,所以v(CH4)=0.005mol/L÷5min=0.001mol/(L?min)。速率之比等于化学计量数之比,所以v(H2)=3v(CH4)=3×0.001mol/(L?min)=0.003mol/(L?min)。
②温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为P1的CH4的转化率高,反应为前后体积增大的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向逆反应移动,CH4的转化率降低,所以P1<P2。则
CH4(g)+ H2O(g)CO(g)+ 3H2(g)
起始浓度(mol/L)  0.010    0.020          0         0
转化浓度(mol/L) 0.005    0.005         0.005    0.015
平衡浓度(mol/L) 0.005    0.015         0.005    0.015
所以平衡常数K===2.25×10-4。
③由图可知,温度越高甲烷的转化率越大,即升高温度平衡向正反应方向移,温度升高平衡向吸热方向移动,所以正反应为吸热反应,即△H>0。
(2)④A、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1molCO和3molH2,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,答案选BD。
⑤A、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,应保持不变,所以b=;比较实验1、2可知,压强不同,所以温度应相同,故a=150。
B、温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为Py的CO的转化率高,反应为前后体积减小的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,所以Px<Py,因此压强Px=0.1Mpa。
考点:考查反应速率、平衡常数的计算;外界条件对平衡状态的影响以及图像识别等

练习册系列答案
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(12分)向体积为2L的固定密闭容器中通入3molX气体,在一定温度下发生如下反应:
2X(g)Y(g)+3Z(g)
(1)经5min后反应达到平衡,此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍,则用Y的物质的量浓度变化表示的速率为             。
(2)若上述反应在甲、乙、丙、丁四个同样的密闭容器中进行,在同一段时间内测得容器内的反应速率分别为:甲v(X)=3.5mol/(L?min);乙v(Y)=2mol/(L?min);丙v(Z)=4.5mol/(L?min);丁v(X)=0.075mol/(L?s)。若其它条件相同,温度不同,则温度由高到低的顺序是(填序号)            。
(3)若向达到(1)的平衡体系中充入氩气,则平衡向             (填"左"或"右"或"不")移动;若向
达到(1)的平衡体系中移走部分混合气体,则平衡向          (填" 左 " 或 " 右 " 或 " 不")移动。
(4)若在相同条件下向达到(1)所述的平衡体系中再充入0.5molX气体,则平衡后X的转化率⑷与⑴的
平衡中的X的转化率相比较              。

A.无法确定B.⑷一定大于⑴C.⑷一定等于⑴D.⑷一定小于⑴
(5)若保持温度和压强不变,起始时加入X、Y、Z物质的量分别为amol、bmol、cmol,达到平衡时仍
与(1)的平衡等效,则a、b、c应该满足的关系为                        。
(6)若保持温度和体积不变,起始时加入X、Y、Z物质的量分别为amol、bmol、cmol,达到平衡时仍
与(1)的平衡等效,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,则c的取值范围应该为              。

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