Question

2．甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应①和②，用CH₄和H₂O为原料来制备甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
将0.20mol CH₄（g）和0.30mol H₂O（g）通入容积为10L的密闭容器中，在一定条件下发生反应①，达到平衡时，CH₄的转化率与温度、压强的关系如图．
（1）温度不变，缩小体积，增大压强，①的反应速率增大（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡向逆反应方向或左方向移动．
（2）温度升高，反应①的△H₁＞0（填“＜”、“=”或“＞”），其平衡常数表达式为K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$，100℃时的平衡常数值是1.35×10^-3．
（3）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进行反应②生成甲醇．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．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	1/3	0.1
II			5
III	350		5

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）为气体体积增大的反应，增大压强，反应速率增大，平衡逆向移动；
（2）由图可知，升高温度，甲烷的转化率增大，K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，100℃时的甲烷转化率为0.5，则
      CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始0.02           0.03           0              0
转化0.01           0.01           0.01         0.03
平衡0.01            0.02           0.01        0.03
结合平衡浓度计算K；
（3）寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，则实验I和II只有压强不同，II和III只有温度不同，以此来解答．

解答 解：（1）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）为气体体积增大的反应，增大压强，反应速率增大，平衡逆反应方向或左移动，
故答案为：增大； 逆反应方向或左；  
（2）由图可知，升高温度，甲烷的转化率增大，即升高温度平衡正向移动，可知△H₁＞0；K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$，100℃时的甲烷转化率为0.5，则
      CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始0.02           0.03           0              0
转化0.01           0.01           0.01         0.03
平衡0.01            0.02           0.01        0.03
K=$\frac{0.01×（0.03）^{3}}{0.01×0.02}$=1.35×10^-3，
故答案为：＞；$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$；1.35×10^-3；
（3）寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，则实验I和II只有压强不同，II和III只有温度不同，则II中数据分别为150、1/3，III中数据为1/3，故答案为：

实验编号	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
I
II	150	1/3
III		1/3

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、K的计算、探究平衡移动的影响因素为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意（3）中控制变量法应用，题目难度不大．