Question

9．甲醇与水蒸气反应：CH₃OH（g）+H₂O$\stackrel{催化剂}{?}$CO₂（g）+3H₂（g）．
（1）在某温度下，测得H₂O（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如表．

	0min	10min	20min	60min	70min
c（H2O）/mol•L-1	3.00	2.80	2.65	2.50	2.50
c（CH3OH）/mol•L-1	1.00	0.80	0.65	0.50	0.50

①0～10min内的平均速率v（H₂O）=0.02 mol•L^-1•min^-1．
②平衡时CH₃OH的转化率=50%．
③该温度下，此反应的平衡常数K=1.35．
（2）为了探究不同催化剂、温度对化学反应速率的影响，设计了3组实验，所得实验曲线如图所示．

实验编号	T/℃	c（CH3OH）/mol•L-1	c（H2O）/mol•L-1	催化剂
Ⅰ	280	1.00	3.00	CuO
Ⅱ	X	1.00	3.00	ZrO2
Ⅲ	380	Y	Z	ZrO2

①补充完成表格中的实验条件数据：X280Y1.00Z3.00．
②以上甲醇与水蒸气反应的△H＞0（填“＞”、“＜”或“=”）
③根据以上探究，该反应的最佳条件是380℃，ZrO₂做催化剂．

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂O）；
②60min处于平衡状态，计算甲醇浓度变化量，甲醇转化率=$\frac{甲醇浓度变化量}{甲醇起始浓度}$×100%；
③计算平衡时各组分浓度，代入平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}$计算；
（2）①实验目的是：探究不同催化剂、温度对化学反应速率的影响，采取控制变量法，实验Ⅰ与实验Ⅱ催化剂不同，实验Ⅱ、Ⅲ温度不同，其它条件相同；
②由图可知，温度越高平衡时甲醇的浓度越小，说明升高温度平衡正向移动；
③控制条件应符合反应速率快且甲醇的转化率大．

解答 解：（1）①0-10min内水的浓度变化量为（3-2.8）mol/L=0.2mol/L，则v（H₂O）=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02 mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.02 mol•L^-1•min^-1；
②60min处于平衡状态，平衡时甲醇浓度变化量为（1-0.5）mol/L=0.5mol/L，则甲醇转化率=$\frac{0.5mol/L}{1mol/L}$×100%=50%，故答案为：50%；
③60min处于平衡状态，平衡时甲醇浓度变化量为0.5mol/L，则：
             CH₃OH（g）+H₂O?CO₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）：1         3    0      0
变化量（mol/L）：0.5      0.5   0.5    1.5
平衡量（mol/L）：0.5      2.5   0.5    1.5
平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×2.5}$=1.35，
故答案为：1.35；
（2）①实验目的是：探究不同催化剂、温度对化学反应速率的影响，采取控制变量法，实验Ⅰ与实验Ⅱ催化剂不同，实验Ⅱ、Ⅲ温度不同，则X为280，Y为1.00，Z为3.00，
故答案为：280；1.00；3.00；
②由图可知，温度越高平衡时甲醇的浓度越小，说明升高温度平衡正向移动，正反应为吸热反应，故△H＞0，故答案为：＞；
③由图可知温度高，甲醇的转化率大，而ZrO₂的催化效果比CuO好，故选择条件为：380℃，ZrO₂做催化剂，
故答案为：380℃，ZrO₂做催化剂．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数、化学平衡影响因素、影响反应速率因素探究等，（2）注意利用控制变量法分析解答，难度中等．