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CO和CO₂都可以合成甲醇：CO+2H₂→CH₃OH；CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O，CO、CO₂和H₂可通過下列反應制備：①CH₄+H₂O（g）→CO+3H₂；②CO+H₂O（g）→CO₂+H₂；反應①的產物合成甲醇時H₂過量，反應②的產物合成甲醇時H₂不足．為了充分利用原料，可將兩個反應的產物混合使用．
（1）以CH₄、CO、H₂O混合氣體為原料氣，在一定條件下充分反應，所得氣體以合成甲醇，為使原子的利用率達到最高，則CH₄、CO、H₂O的最佳配比為．
（2）若以100L CH₄和H₂O的混合氣體為原料，制備CO、CO₂和H₂混合氣體，當CH₄和H₂O均完全反應后，在相同條件下反應后氣體的體積為L（寫范圍）．
（3）若反應①的氣體產物共為V₁L，則合成甲醇時H₂過量0.25V₁L；反應②的氣體產物共為V₂L，則合成甲醇時H₂不足（H₂少V₂L）．為了充分利用原料，可將兩個反應的產物混合使用，則V₁與V₂最佳比例為__．
（4）在100L CH₄和H₂O的混合氣體中，CH₄所占的體積分數為x，反應后氣體的體積為y（L），求：x的取值范圍和氣體產物的體積y（用含x的函數表達式）

解：（1）使原子利用率都達到100%，根據原子守恒，由甲醇的分子式可知，則混合氣體中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，令CH₄、CO、H₂O的物質的量分別為xmol、ymol、zmol，則（x+y）：（4x+2z）：（y+z）=1：4：1，整理得x：y：z=2：1：2，故答案為：2：1：2；
（2）假定只發(fā)生反應CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，生成的混合氣體的體積最大，最大體積為100L× $\text{[math]}$ =200L，假定只發(fā)生CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，生成的混合氣體的體積最小，最小體積為100L× $\text{[math]}$ =166.7L，故反應后氣體的體積為：166.7L＜v＜200L，
故答案為：166.7L≤v≤200L；
（3）反應②的氣體產物共為V₂L，則反應②生成的氣體中CO₂體積為0.5V₂L，H₂的體積為0.5V₂L，反應③合成甲醇剩余的氫氣，與反應②生成的混合氣體恰好發(fā)生反應④，故0.5V₂L：（0.5V₂L+0.25V₁L）=1：3，整理得V₁：V₂=4：1，故答案為：4：1；
（4）反應可能由3種情況：
①如H₂O少量，則只發(fā)生：CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，x的取值范圍 $\text{[math]}$ ＜x＜1，由差量法可知反應后的體積為100+100（1-x）×2=300-200x，
即：v=300-200x；
②如H₂O過量，則只發(fā)生：CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，x的取值范圍0＜x＜ $\text{[math]}$ ，反應后氣體為CO₂、H₂和H₂O，由差量法可知反應后的體積為100+200x，
即：V=100+200x，
③如H₂O與CH₄均完全反應，x的取值范圍 $\text{[math]}$ ≤x≤ $\text{[math]}$ ，由差量法可知V=100+200x，
答：x的取值范圍和氣體產物的體積y分別為① $\text{[math]}$ ＜x＜1，v=300-200x；②0＜x＜ $\text{[math]}$ ，V=100+200x；③ $\text{[math]}$ ≤x≤ $\text{[math]}$ ，V=100+200x．
分析：（1）使原子利用率都達到100%，根據原子守恒，由甲醇的分子式可知，則混合氣體中n（C）：n（H）：n（O）=1：4：1，據此計算；
（2）假定只發(fā)生反應CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂，生成的混合氣體的體積最大，假定只發(fā)生CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂，生成的混合氣體的體積最小，據此計算；
（3）根據反應②計算V₂L氣體中CO₂、H₂的體積，反應③合成甲醇剩余的氫氣，與反應②生成的混合氣體恰好發(fā)生反應④，據此計算；
（4）根據反應CH₄+H₂O （g）→CO+3H₂和CH₄+2H₂O（g）→CO₂+4H₂進行計算．
點評：本題考查混合物的計算，題目難道較大，注意差量法的運用，為解答該題的關鍵，注意把握相關反應的可能性．

練習冊系列答案

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科目：高中化學 來源：2012-2013學年湖北荊門高二上學期期末教學質量檢測化學試卷（帶解析） 題型：填空題

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO(g)和H₂(g)反應催化合成甲醇CH₃OH(g)：
（1）已知：① 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂ (g) ΔH =" -566.0" kJ·mol^-1
② 2H₂(g) + O₂(g) ="2" H₂O (g) ΔH =" -398.0" kJ·mol^-1
③2CH₃OH(g) +3O₂(g) =2CO₂ (g) +4 H₂O(g) ΔH =" -1104.0" kJ·mol^-1
則CO(g)與H₂(g)合成CH₃OH(g)的熱化學方程式是_______________。
（2）據研究，反應過程中起催化作用的為CuO，反應體系中含少量CO₂有利于維持催化劑CuO的量不變，原因是：_______________________________ (用化學方程式表示)。
（3）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據是（填字母序號，下同）__________。
A. 混合氣體的密度不變
B. 混合氣體的平均相對分子質量不變
C. CH₃OH(g)、CO(g)、H₂(g)的濃度都不再發(fā)生變化
D.生成CH₃OH(g)的速率與消耗CO(g)的速率相等
（4）下表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.250	0.012

某溫度下，將2molCO(g)和6mol H₂(g)充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c(CO)=0.5mol/L，則CO(g)的轉化率為________，此時的溫度為__________。
（5）要提高CO(g)的轉化率，可以采取的措施是__________。
A. 升高溫度 B. 加入催化劑 C. 增加CO(g)的濃度
D. 加入H₂(g)加壓 E. 分離出甲醇 F.加入惰性氣體加壓
（6）一定條件下，在容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1molCO 2molH₂	1molCH₃OH	2molCH₃OH
平衡數據	CH₃OH的濃度（mol/L）	c₁	c₂	c₃
	反應的能量變化的絕對值(kJ)	a	b	c
	體系壓強（Pa）	P₁	P₂	P₃
	反應物轉化率	α₁	α₂	α₃

下列說法正確的是__________。
A. 2c₁>c₃ B. a+b=129 C. 2p₂<p₃ D. α₁+α₃<1

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科目：高中化學 來源：2012-2013學年浙江�。＃└呷谝淮温�(lián)考理綜化學試卷（解析版） 題型：填空題

碳酸二甲酯(DMC)是一種近年來受到廣泛關注的環(huán)保型綠色化工產品。在催化劑作用下，可由甲醇和CO₂直接合成DMC：CO₂ + 2CH₃OH → CO(OCH₃)₂ + H₂O，但甲醇轉化率通常不會超過1%是制約該反應走向工業(yè)化的主要原因。某研究小組在其他條件不變的情況下，通過研究溫度、反應時間、催化劑用量分別對轉化數(TON)的影響來評價催化劑的催化效果。計算公式為：TON=轉化的甲醇的物質的量/催化劑的物質的量。

（1）已知25℃時，甲醇和DMC的標準燃燒熱分別為△H₁和△H₂，則上述反應在25℃時的焓變△H₃=_____。

（2）根據反應溫度對TON的影響圖（下左圖）判斷該反應的焓變△H________0（填“>”、“=”或“<”），理由是________________________________。

（3）根據反應時間對TON的影響圖（上右圖），已知溶液總體積10mL，反應起始時甲醇0.25mol，催化劑0.6×10^—5 mol，計算該溫度下，4～7 h內DMC的平均反應速率：________；計算10 h時，甲醇的轉化率：________。

（4）根據該研究小組的實驗及催化劑用量對TON的影響圖（下圖），判斷下列說法正確的是___ __。

a. 由甲醇和CO₂直接合成DMC，可以利用價廉易得的甲醇把影響環(huán)境的溫室氣體CO₂轉化為資源，在資源循環(huán)利用和環(huán)境保護方面都具有重要意義

b. 在反應體系中添加合適的脫水劑，將提高該反應的TON

c. 當催化劑用量低于1.2×10^—5 mol時，隨著催化劑用量的增加，甲醇的平衡轉化率顯著提高

d. 當催化劑用量高于1.2×10^—5 mol時，隨著催化劑用量的增加，DMC的產率反而急劇下降

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科目：高中化學 來源：2012-2013學年廣東省肇慶市高三第二次高考模擬理綜化學試卷（解析版） 題型：計算題

合成氨然后再生產尿素是最重要的化工生產。

I．在3個2 L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行反應：

3H₂(g) + N₂(g)2NH₃(g)，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時有關數據如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	3 mol H₂、2 mol N₂	6 mol H₂、4mol N₂	2 mol NH₃
達到平衡的時間/min		5	8
平衡時N₂的濃度/mol·L^－¹	c₁	1.5
NH₃的體積分數	ω₁		ω₃
混合氣體密度/g·L^－¹	ρ₁	ρ₂

（1）容器乙中反應從開始到達平衡的反應速率為v(H₂)=___________。

（2）在該溫度下甲容器中反應的平衡常數K= (用含c₁的代數式表示)。

（3）分析上表數據，下列關系正確的是________（填序號）：

a．2c₁ > 1.5 b．2ρ₁= ρ₂ c．ω₃= ω₁

II．工業(yè)上用氨氣合成尿素（H₂NCONH₂）的反應在進行時分為如下兩步：

第一步：2NH₃(l)＋CO₂(g) H₂NCOONH₄ (l) (氨基甲酸銨) △H1

第二步：H₂NCOONH₄(l)H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l) △H2

（4）某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5 L密閉容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如左下圖I所示：

①已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第步反應決定。

②第二步反應的平衡常數K隨溫度T的變化如右上圖II所示，則△H2 0；③若第一步反應升溫時氨氣濃度增大，請在圖II中畫出第一步反應K₁隨溫度T變化曲線，并作出必要的標注。

（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工業(yè)尾氣中的NO、NO₂，將其轉化為N₂。

①尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應為：CO(NH₂)₂+NO+NO₂=CO₂+2N₂+2H₂O

該反應中的氧化劑為（寫化學式）。

②已知：N₂(g)+O₂(g)= 2NO(g) △H =a kJ·mol^－¹

N₂(g)+3H₂(g)= 2NH₃(g) △H₂=bkJ· kJ·mol^－¹

2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(g) △H= c kJ·mol^－¹

則4NH₃(g) +4NO(g) +O₂(g)= 4N₂(g)+6H₂O(g) △H= 。

③尿素燃料電池結構如下圖所示。其工作時負極電極反應式可表示為。

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科目：高中化學 來源：2014屆湖北荊門高二上學期期末教學質量檢測化學試卷（解析版） 題型：填空題

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO(g)和H₂(g)反應催化合成甲醇CH₃OH(g)：

（1）已知：① 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂ (g) ΔH =" -566.0" kJ·mol^-1

② 2H₂(g) + O₂(g) ="2" H₂O (g) ΔH =" -398.0" kJ·mol^-1

③2CH₃OH(g) +3O₂(g) =2CO₂ (g) +4 H₂O(g) ΔH =" -1104.0" kJ·mol^-1

則CO(g)與H₂(g)合成CH₃OH(g)的熱化學方程式是_______________。

（2）據研究，反應過程中起催化作用的為CuO，反應體系中含少量CO₂有利于維持催化劑CuO的量不變，原因是：_______________________________ (用化學方程式表示)。

（3）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據是（填字母序號，下同）__________。

A. 混合氣體的密度不變

B. 混合氣體的平均相對分子質量不變

C. CH₃OH(g)、CO(g)、H₂(g)的濃度都不再發(fā)生變化

D.生成CH₃OH(g)的速率與消耗CO(g)的速率相等

（4）下表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.250	0.012

某溫度下，將2molCO(g)和6mol H₂(g)充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c(CO)=0.5mol/L，則CO(g)的轉化率為________，此時的溫度為__________。

（5）要提高CO(g)的轉化率，可以采取的措施是__________。

A. 升高溫度 B. 加入催化劑 C. 增加CO(g)的濃度

D. 加入H₂(g)加壓 E. 分離出甲醇 F.加入惰性氣體加壓

（6）一定條件下，在容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	1molCO 2molH₂	1molCH₃OH	2molCH₃OH
平衡數據	CH₃OH的濃度（mol/L）	c₁	c₂	c₃
反應的能量變化的絕對值(kJ)	a	b	c
體系壓強（Pa）	P₁	P₂	P₃
反應物轉化率	α₁	α₂	α₃

下列說法正確的是__________。

A. 2c₁>c₃ B. a+b=129 C. 2p₂<p₃ D. α₁+α₃<1

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科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

工業(yè)上通常在恒容密閉容器中采用CO(g)和H₂(g)反應催化合成甲醇CH₃OH(g)：

（1）已知：① 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂ (g) ΔH = -566.0 kJ·mol^-1② 2H₂(g) + O₂(g) =2 H₂O (g) ΔH = -398.0 kJ·mol^-1③2CH₃OH(g) +3 O₂(g) =2CO₂ (g) +4 H₂O(g) ΔH = -1104.0 kJ·mol^-1則CO(g)與H₂(g)合成CH₃OH(g)的熱化學方程式是_______________。

（3）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據是（填字母序號，下同）__________。

A. 混合氣體的密度不變

B. 混合氣體的平均相對分子質量不變

C. CH₃OH(g)、CO(g)、H₂(g)的濃度都不再發(fā)生變化

D.生成CH₃OH(g)的速率與消耗CO(g)的速率相等

（4）下表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.250	0.012

某溫度下，將2molCO(g)和6mol H₂(g)充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得c(CO)=0.5mol/L，則CO(g)的轉化率為________，此時的溫度為__________。

（5）要提高CO(g)的轉化率，可以采取的措施是__________。

A. 升高溫度 B. 加入催化劑 C. 增加CO(g)的濃度

D. 加入H₂(g)加壓 E. 分離出甲醇 F.加入惰性氣體加壓

（6）一定條件下，在容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1molCO 2molH₂	1molCH₃OH	2molCH₃OH
平衡數據	CH₃OH的濃度（mol/L）	c₁	c₂	c₃
	反應的能量變化的絕對值(kJ)	a	b	c
	體系壓強（Pa）	P₁	P₂	P₃
	反應物轉化率	α₁	α₂	α₃

下列說法正確的是__________。

A. 2c₁>c₃ B. a+b=129 C. 2p₂<p₃ D. α₁+α₃<1

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