Question

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。

(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为100 L),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、压强的关系如下图。

 

①已知100 ℃压强为p1时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示的平均反应速率为　　　　。 

②图中的p1　　　　p2(填“<”“>”或“=”),100 ℃压强为p2时平衡常数为　　　　。 

③该反应的ΔH　　　　0(填“<”“>”或“=”)。 

(2)在一定条件下,将a mol CO与3amol 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)　ΔH<0 ……Ⅱ

①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.充入He,使体系总压强增大

D.再充入1 mol CO和3 mol H2

②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表格中。

A.下表中剩余的实验条件数据:a=　　　　;b=。 

B.根据反应Ⅱ的特点,下图是在压强分别为0.1 MPa和5 MPa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。 

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

 

 

Answer 1

(1)①0.003 0 mol·L-1·min-1　②<　2.25×10-4 　③>

(2)①BD　②150　　0.1

【解析】

(1)①v(H2)=3v(CH4)=×3=0.003 0 mol·L-1·min-1;②依据反应式可知增大压强平衡左移,转化率减小,所以p1<p2;用“三部曲”可求出在100 ℃压强为p1时平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.005 mol·L-1、c(H2O)=0.015 mol·L-1、c(CO)=0.005 mol·L-1、c(H2)=0.015 mol·L-1,K==2.25×10-4;(2)①C选项相当于减压、D选项相当于加压;②设计实验应该只有一个变量,实验1、2压强不同,温度相同;实验2、3温度不同,其他相同;压强越大转化率越高,px的压强小。