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1.0molCH4和2.0molH2O（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P1_____P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃時平衡常數為________。

④保持反應體系為100℃，5min后再向容器中充入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amolCO與3amol 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△H_____0，△S_____0（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1molCO和3molH2

Answer 1

【答案】0.030molL﹣1min﹣1 增大 ＜ 2.25×10﹣2 向左 ＜ ＜ BD

【解析】

(1)①根據圖像，100℃平衡時甲烷的轉化率，求出△c(CH4)，根據v=計算v(CH4)，利用速率之比等于化學計量數之比計算v(H2)；②根據“定一議二”的方法分析判斷；③根據“定一議二”的方法分析判斷；根據三段式，結合平衡常數K=計算；④保持反應體系為100℃，5min后再向容器中沖入H2O、H2各0.5mol，根據濃度商與平衡常數的相對大小的判斷；

(2)①混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇，結合方程式和△G=△H-T△S＜0分析判斷；

②容器容積不變，增加CO的轉化率，需要平衡向正反應移動，根據外界條件對平衡的影響分析判斷。

(1)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，故答案為：0.030molL-1min-1；

②通過圖像可知，當壓強為P1時，升高溫度，甲烷的轉化率增大，平衡正向移動，所以升高溫度，平衡常數增大，故答案為：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K==2.25×10-2，故答案為：＜；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，故答案為：向左；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正反應是氣體物質的量減小的反應，反應的△S＜0，混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇，根據△G=△H-T△S＜0，說明△H＜0，即正反應是放熱反應，故答案為：＜；＜；

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，CO的轉化率降低，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，CO的轉化率增加，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，CO的轉化率不變，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，CO的轉化率增加，故D正確；故答案為：BD。