Question

甲醇是一種很好的燃料，工業(yè)上用CH₄和H₂O為原料，通過反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ來制備甲醇。

⑴將1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g）……Ⅰ。CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如上圖。

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        。

②圖中的P₁     P₂（填“<”、“>”或“=”），100℃時(shí)平衡常數(shù)為       。

③該反應(yīng)的△H     0（填“<”、“>”或“=”）。

⑵在壓強(qiáng)為0.1 MPa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(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）；△H<0……Ⅱ。

④若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是      。

       A．升高溫度                            B．將CH₃OH（g）從體系中分離

      C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大           D．再充入1mol CO和3mol H₂

⑤為了尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中。

       A．則上表中剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)：a=________、b=_______。

       B．根據(jù)反應(yīng)Ⅱ的特點(diǎn)，右上圖是在壓強(qiáng)分別為0.1MPa和5MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖，請指明圖中的壓強(qiáng)P_x=_________MPa。

Answer 1

【答案】（共14分）⑴①0.0030 mol/(L·min)（2分）  ②＜ （2分）2.25×10^-4（2分）③> （2分）

⑵④BD（2分）  A．a=150，b=1/3    B． 0.1

【解析】⑴①由100℃平衡CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5可知，消耗CH₄、H₂O各0.5mol，生成H₂1.5mol，生成CO0.5mol，故其反應(yīng)速率v (H₂)=1.5/(5×100)=0.0030 mol/(L·min)。

100℃時(shí)平衡常數(shù)K=(0.015)³×0.005/(0.005×0.015)= 2.25×10^-4。②在相同溫度下，在P₁條件下CH₄的轉(zhuǎn)化率大，即有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，可得P₁＜P₂。③由于溫度升高CH₄的轉(zhuǎn)化率增大，即有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故該反應(yīng)正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。⑵④選項(xiàng)A中化學(xué)平衡逆向進(jìn)行，產(chǎn)率降低。選項(xiàng)C在恒容條件下化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)，產(chǎn)率不變。選項(xiàng)B和D均使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，產(chǎn)率增加。⑤顯然該同學(xué)通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個(gè)條件，而其它條件不變，由此可得只a=150，b=1/3。由于題給反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大CH₄的轉(zhuǎn)化率也大，由此可得P_x=0.1MPa。

【考點(diǎn)】化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合應(yīng)用