Question

【題目】甲醇被稱(chēng)為21世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過(guò)下列反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O為原料來(lái)制備甲醇。

(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容積為10L的反應(yīng)室，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ：CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g)，CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為_________；

②100℃時(shí)平衡常數(shù)為______________，在其他條件不變的情況下升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)將_________（“減小”“不變”或“增大”）；

③圖中的p1______（填“＞”“＜”或“=”）p2；

(2)在常溫、壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，a molCO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)

①該反應(yīng)的ΔH_______（填“＜”“＞”或“=”，下同）0，ΔS________；

②若容器容積不變，下列措施可以提高CO轉(zhuǎn)化率的是_________；

A、升高溫度 B、將CH3OH(g)從體系中分離出來(lái)

C、再充入1molCO和3molH2 D、充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

Answer 1

【答案】0.03mol·L-1·min-1 0.0225 增大 ＜ ＜ ＜ BD

【解析】

(1)①當(dāng)壓強(qiáng)為P1，溫度為100℃時(shí)CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，再計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；

②根據(jù)可逆反應(yīng)三段式進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)圖像，升溫，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移；

③在相同溫度下，P1甲烷的轉(zhuǎn)化率大于P2甲烷的轉(zhuǎn)化率；

（2）①大多數(shù)的化合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變小于零，該反應(yīng)中，反應(yīng)物的系數(shù)和大于產(chǎn)物氣體系數(shù)和，所以該反應(yīng)是熵減的反應(yīng)；

②根據(jù)平衡移動(dòng)的影響因素進(jìn)行判斷。

(1)①當(dāng)壓強(qiáng)為P1，溫度為100℃時(shí)CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，根據(jù)反應(yīng)速率之比是化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可知用H2表示0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為×3＝0.03mol·L-1·min-1；

②根據(jù)三段式可知：

CH4(g) + H2O(g)CO(g) + 3H2(g)

開(kāi)始時(shí)的濃度(mol/L) 0.1 0.2 0 0

改變的濃度(mol/L) 0.05 0.05 0.05 0.15

平衡時(shí)的濃度(mol/L) 0.05 0.15 0.05 0.15

平衡常數(shù)K==0.0225；

根據(jù)圖像，升溫，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，平衡右移，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以，在其他條件不變的情況下升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)將增大；

③在相同溫度下，P1甲烷的轉(zhuǎn)化率大于P2甲烷的轉(zhuǎn)化率，對(duì)于此可逆反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡左移，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，所以，圖中的P1＜P2；

（2）①混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)發(fā)生反應(yīng)，因此正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變小于零，該反應(yīng)中，反應(yīng)物的系數(shù)和大于產(chǎn)物氣體系數(shù)和，所以該反應(yīng)是熵減的反應(yīng)，熵變小于零，故答案為：＜；＜；

②A．該反應(yīng)是放熱的，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，會(huì)減小甲醇產(chǎn)率，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

B．將CH3OH(g)從體系中分離，會(huì)促使平衡正向移動(dòng)，提高甲醇的產(chǎn)率，選項(xiàng)B正確；

C．再充入1mol CO和3molH2，增大壓強(qiáng)，平衡右移，有利提高甲醇的產(chǎn)率，選項(xiàng)C正確；

D．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會(huì)移動(dòng)，不會(huì)改變甲醇產(chǎn)率，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；

答案選BD。