Question

【題目】甲醇被稱為2l世紀的新型燃料，工業上通過下列反應Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O為原料來制備甲醇．

（1）將1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容積為10L的反應室，在一定條件下發生反應Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如圖：
①已知100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示的平均反應速率為 ．
②在其它條件不變的情況下升高溫度，化學平衡常數將（填“增大”“減小”或“不變”）．
③圖中的P1P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時平衡常數為 ．
④保持反應體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O，H2各0.5mol，化學平衡將向移動（填“向左”“向右”或“不”）．
（2）在壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與 3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發發生反應Ⅱ：
CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）
①該反應的△H0，△S0（填“＜”、“＞”或“=”）．
②若容器容積不變，下列措施可以提高CO轉化率的是 ．
A．升高溫度
B．將CH3OH（g）從體系中分離出來
C．充入He，使體系總壓強增大
D．再充入1mol CO和3mol H2 ．

Answer 1

【答案】
（1）0.030mol?L﹣1?min﹣1；增大；＜；2.25×10﹣2；向左
（2）＜；＜；BD
【解析】解：第（1）問：①由100℃平衡CH4的轉化率為0.5可知，消耗CH4為1mol×0.5=0.5mol，平衡時甲烷的濃度變化量為： =5×10﹣2mol/L，根據甲烷與氫氣的計量數關系，則：v（H2）=3v（CH4）=3× =0.030molL﹣1min﹣1 ，
所以答案是：0.030molL﹣1min﹣1；②通過圖表可知當溫度相同時，p2→p1時，甲烷的轉化率提高，平衡向正向移動，正向為氣體系數增大的反應，根據減小壓強平衡向系數增大的方向移動可得出p1＜p2；當壓強為p1時，升高溫度，甲烷的轉化率提高，平衡向正向移動，所以正向為吸熱反應，所以升高溫度平衡常數變大，所以答案是：增大；③由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P1的CH4轉化率高，正反應為氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向逆反應方向移動，甲烷的轉化率降低，故壓強P1＜P2 ，

	CH4（g）	+	H2O（g）	=	CO（g）	+	3H2（g）
初始濃度：	0.1		0.2		0		0
變化濃度：	0.05		0.05		0.05		0.15
平衡濃度：	0.05		0.15		0.05		0.15

100℃時平衡常數= （mol/L）2=2.25×10﹣2 （mol/L）2 ，
所以答案是：＜；2.25×10﹣2；④保持反應體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O、H2各0.5mol，Qc= =4×10﹣2＞K，所以平衡向左移動，所以答案是：向左；
第（2）問：①混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇，則說明正反應是放熱反應，所以△H＜0；正反應是氣體物質的量減小的反應，氣體的物質的量越多，其熵越大，所以△S＜0，所以答案是：＜；＜；②A．該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，即向逆反應方向移動，甲醇的產率降低，故A錯誤；
B．將CH3OH（g）從體系中分離，產物的濃度降低，平衡向正反應移動，甲醇的產率增加，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，容器容積不變，反應混合物各組分濃度不變，平衡不移動，甲醇的產率不變，故C錯誤；
D．再充入1mol CO和3mol H2 ， 可等效為壓強增大，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應方向移動，甲醇的產率增加，故D正確，
所以答案是：BD．
【考點精析】通過靈活運用化學平衡狀態本質及特征，掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）即可以解答此題．