Question

甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH₄和H₂O为原料，通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇。

⑴将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应：

CH₄（g）+H₂O（g） CO（g）+3H₂（g）……Ⅰ。CH₄的转化率与温度、压强的关系如上图。

①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示的平均反应速率为        。

②图中的P₁     P₂（填“<”、“>”或“=”），100℃时平衡常数为       。

③该反应的△H     0（填“<”、“>”或“=”）。

⑵在压强为0.1 MPa条件下，将a mol CO与 3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）；△H<0……Ⅱ。

④若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是      。

   A．升高温度                          B．将CH₃OH（g）从体系中分离

    C．充入He，使体系总压强增大         D．再充入1mol CO和3mol H₂

⑤为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。

 

   A．则上表中剩余的实验条件数据：a=________、b=_______。

   B．根据反应Ⅱ的特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强P_x=_________MPa。

Answer

（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的转化率为0.5可知，消耗CH4、H2O各0.5mol，生成H21.5mol，生成CO0.5mol，故其反应速率v (H2)=1.5/(5×100)=0.0030 mol/(L·min)。

100℃时平衡常数K=(0.015)3×0.005/(0.005×0.015)= 2.25×10-4。②在相同温度下，在P1条件下CH4的转化率大，即有利于反应正向进行，可得P1＜P2。③由于温度升高CH4的转化率增大，即有利于反应正向进行，故该反应正反应为吸热反应。⑵④选项A中化学平衡逆向进行，产率降低。选项C在恒容条件下化学平衡不发生移动，产率不变。选项B和D均使化学平衡正向移动，产率增加。⑤显然该同学通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，由此可得只a=150，b=1/3。由于题给反应是一个气体体积缩小的反应，压强越大CH4的转化率也大，由此可得Px=0.1MPa。