题目内容
使用石油热裂解的副产物CH4来制取CO和H2，其生产流程如图1：
（1）此流程的第Ⅰ步反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g），一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图2．则P1P2．（填“＜”、“＞”或“=”）100℃时，将1mol CH4和2mol H2O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH4的转化率为0.5．此时该反应的平衡常数K= ．
（2）此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如表：
从表中可以推断：该反应是 反应（填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，反应达到平衡时，CO的转化率为 ．如图3表示该反应在t1时刻达到平衡、在t2时刻因改变某个条件引起浓度变化的情况：图中t2时刻发生改变的条件是 （写出一种）．
（3）工业上常利用反应Ⅰ产生的CO和H2合成可再生能源甲醇．
①已知CO（g）、CH3OH（l）的燃烧热分别为283.0kJ?mol-1和726.5kJ?mol-1，则CH3OH（l）不完全燃烧生成CO（g）和H2O（l）的热化学方程式为 ．
②合成甲醇的方程式为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H＜0．在230°C?270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比n（H2）：n（CO），分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图4所示．其中270℃的实验结果所对应的曲线是 （填字母）；当曲线X、Y、Z对应的投料比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度与投较比的关系是 ．
③当投料比为1：1，温度为230℃，平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数为 （保留1位小数）．
（1）此流程的第Ⅰ步反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g），一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图2．则P1P2．（填“＜”、“＞”或“=”）100℃时，将1mol CH4和2mol H2O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH4的转化率为0.5．此时该反应的平衡常数K=
（2）此流程的第Ⅱ步反应的平衡常数随温度的变化如表：
| 温度/℃ | 400 | 500 | 830 |
| 平衡常数K | 10 | 9 | 1 |
（3）工业上常利用反应Ⅰ产生的CO和H2合成可再生能源甲醇．
①已知CO（g）、CH3OH（l）的燃烧热分别为283.0kJ?mol-1和726.5kJ?mol-1，则CH3OH（l）不完全燃烧生成CO（g）和H2O（l）的热化学方程式为
②合成甲醇的方程式为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H＜0．在230°C?270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比n（H2）：n（CO），分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图4所示．其中270℃的实验结果所对应的曲线是
③当投料比为1：1，温度为230℃，平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数为
考点：化学平衡建立的过程,热化学方程式,化学平衡的计算
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动；依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度结合平衡常数概念计算得到；
（2）分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应；结合平衡三段式计算转化率=
×100%；在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，结合平衡移动原理分析；
（3）根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（4）依据反应是放热反应，温度越高，反应物转化率越小；CO为有毒气体反应时尽可能完全转化，图象分析判断反应温度与投较比的关系；
（5）依据图象分析当投料比为1：1，一氧化碳转化率为40%，依据化学平衡三段式计算．
（2）分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应；结合平衡三段式计算转化率=
| 消耗量 |
| 起始量 |
（3）根据CO和CH3OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（4）依据反应是放热反应，温度越高，反应物转化率越小；CO为有毒气体反应时尽可能完全转化，图象分析判断反应温度与投较比的关系；
（5）依据图象分析当投料比为1：1，一氧化碳转化率为40%，依据化学平衡三段式计算．
解答：
解：（1）由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P1＜P2；100℃时，将1mol CH4和2mol H2O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时CH4的转化率为0.5，
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
起始量（mol/L） 0.01 0.02 0 0
变化量（mol/L） 0.005 0.005 0.005 0.015
平衡量（mol/L） 0.005 0.015 0.005 0.015
平衡常数K=
=
=2.25×10-4（mol/L）2；
故答案为：＜，2.25×10-4；
（2）分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0；若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，平衡常数为9，依据化学平衡三段式列式计算，设一氧化碳消耗物质的量浓度为x，计算平衡常数得到；
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
起始量（mol） 0.02 0.02 0 0
变化量（mol） x x x x
平衡量（mmol）0.02-x 0.02-x x x
K=
=9
x=0.015mol/L
CO的转化率=
×100%=75%
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），反应是气体体积不变的放热反应，在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，说明平衡正向进行，降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量均可以实现，
故答案为：放热，75%，降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量；
（3）①由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1，则
①CO（g）+
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ?mol-1
②CH3OH（l）+
O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ?mol-1
由盖斯定律可知，②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），则△H=-726.5kJ?mol-1-（-283.0kJ?mol-1）=-443.5kJ?mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJ?mol-1；
②工业上用反应④低压合成甲醇，在230℃～270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图．合成甲醇是放热反应，温度越低转化率越大，结合图象可知，270℃的实验结果所对应的曲线是Z，CO为有毒气体反应时尽可能完全转化，由图象分析投料比越高，对应的反应温度越高，
故答案为：Z；投料比越高，对应的反应温度越高；
③当投料比为1：1，温度为230℃，曲线为x，图象分析判断，一氧化碳转化率为40%，
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol） x x 0
变化量（mol） 0.4x 0.8x 0.4x
平衡量（mol）0.6x 0.2x 0.4x
则平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数=
×100%=33.3%，
故答案为：33.3%；
CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）
起始量（mol/L） 0.01 0.02 0 0
变化量（mol/L） 0.005 0.005 0.005 0.015
平衡量（mol/L） 0.005 0.015 0.005 0.015
平衡常数K=
| c(CO)c3(H2) |
| c(CH4)c(H2O) |
| 0.005×0.0153 |
| 0.005×0.015 |
故答案为：＜，2.25×10-4；
（2）分析图表数据可知平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0；若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol/L，平衡常数为9，依据化学平衡三段式列式计算，设一氧化碳消耗物质的量浓度为x，计算平衡常数得到；
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），
起始量（mol） 0.02 0.02 0 0
变化量（mol） x x x x
平衡量（mmol）0.02-x 0.02-x x x
K=
| x2 |
| (0.02-x)2 |
x=0.015mol/L
CO的转化率=
| 0.015 |
| 0.02 |
CO（g）+H2O（g）?H2（g）+CO2（g），反应是气体体积不变的放热反应，在t2时刻因改变某个条件浓度发生变化的情况是二氧化碳浓度增大，一氧化碳浓度减小，说明平衡正向进行，降低温度，或增加水蒸气的量或减少氢气的量均可以实现，
故答案为：放热，75%，降低温度，或增加水蒸汽的量，或减少氢气的量；
（3）①由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1，则
①CO（g）+
| 1 |
| 2 |
②CH3OH（l）+
| 1 |
| 2 |
由盖斯定律可知，②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），则△H=-726.5kJ?mol-1-（-283.0kJ?mol-1）=-443.5kJ?mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJ?mol-1；
②工业上用反应④低压合成甲醇，在230℃～270℃最为有利．为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图．合成甲醇是放热反应，温度越低转化率越大，结合图象可知，270℃的实验结果所对应的曲线是Z，CO为有毒气体反应时尽可能完全转化，由图象分析投料比越高，对应的反应温度越高，
故答案为：Z；投料比越高，对应的反应温度越高；
③当投料比为1：1，温度为230℃，曲线为x，图象分析判断，一氧化碳转化率为40%，
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol） x x 0
变化量（mol） 0.4x 0.8x 0.4x
平衡量（mol）0.6x 0.2x 0.4x
则平衡混合气体中，CH3OH的物质的量分数=
| 0.4x |
| 1.2x |
故答案为：33.3%；
点评：本题考查了热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，图象分析判断，化学平衡的进行方向，题目难度中等．
练习册系列答案
相关题目
下列说法错误的是（ ）
| A、N、O、F电负性依次增大，元素的最高化合价依次升高 |
| B、在H3O+ 和[Cu（NH3）4]2+中都存在配位键 |
| C、电负性越大，该元素的原子吸引电子的能力越强 |
| D、原子晶体中，原子间以共价键结合，具有键能大、熔点高、硬度大的特性 |
用金属铜制取硝酸铜，从节约原料和防止环境污染考虑，最好的方法是（ ）
A、Cu
| ||||
B、Cu
| ||||
C、Cu
| ||||
D、Cu
|
若平衡体系A+B═C+D，增大压强时反应速率变化如图所示．则下列关于各物质状态的说法正确的是（ ）| A、A、B、C、D都是气体 |
| B、C、D都是气体，A、B中有一种是气体 |
| C、A、B都不是气体，C、D中有一种是气体 |
| D、A、B都是气体，C、D中有一种是气体 |
有六种溶液，分别含有下列阳离子：Cu2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、NH4+、Na+，只选用一种试剂将它们一一鉴别，该试剂可以是（ ）
| A、AgNO3溶液 |
| B、KMnO4溶液 |
| C、稀氨水 |
| D、NaOH溶液 |
有机物结构式可以简化，如：
可表示为
，某有机物
的多种同分异构体中，属于芳香醇的一共有（不考虑立体异构）（ ）
可表示为
，某有机物
的多种同分异构体中，属于芳香醇的一共有（不考虑立体异构）（ ）| A、6种 | B、5种 | C、4种 | D、3种 |
C+CO2?2CO；△H1＞0，反应速率v1，N2+3H2?2NH3；△H2＜0，反应速率v2．如升温，v1和v2的变化是（ ）
| A、同时增大 |
| B、同时减少 |
| C、v1增大，v2减少 |
| D、v1减少，v2增大 |