Question

甲醇合成反应为：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：
（1）制备合成气：CH₄+H₂O（g）⇌CO+3H₂．为解决合成气中H₂过量而CO不足的问题，原料气中需添加CO₂：CO₂+H₂=CO+H₂O．为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为______．
（2）合成甲醇：①反应过程中物质能量变化如右图所示．写出合成甲醇的热化学方程式______．
实验室在1L密闭容器中进行模拟合成实验．将1molCO和2molH₂通入容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一定时间测得容器中甲醇的浓度如下：

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

②300℃时反应开始10分钟内，H₂的平均反应速率为______．
③500℃时平衡常数K的数值为______．
④300℃时，将容器的容积压缩到原来的，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是______（填字母）．
a．c（H₂）减小    b．正反应速率加快，逆反应速率减慢
c．CH₃OH的物质的量增加d．重新平衡时c（H₂）/c（CH₃OH）减小．

Answer

（1）①CH4+H2O（g）⇌CO+3H2，②CO2+H2=CO+H2O，③CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g），则①×3+②+③×4得3CH4+CO2+2H2O=4CH3OH；
（2）①由图可知合成甲醇的反应热△H=（a-b）kJ/mol，注明物质的状态书写热化学反应方程式；
②300℃时反应开始10分钟内，甲醇浓度为0.4mol/L，计算其反应速率，再利用速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；
③500℃时，CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
开始（mol/L）  1       2          0
转化          0.8      1.6        0.8
平衡          0.2      0.4        0.8
K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
④300℃时，将容器的容积压缩到原来的，压强增大，平衡正向移动，以此分析．
【解析】
（1）①CH4+H2O（g）⇌CO+3H2，②CO2+H2=CO+H2O，③CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g），则①×3+②+③×4得3CH4+CO2+2H2O=4CH3OH，所以为了使合成气配比最佳，理论上原料气中甲烷与二氧化碳体积比为3：1，
故答案为：3：1；
（2）①由图可知合成甲醇的反应热△H=（a-b）kJ/mol，则热化学反应方程式为CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol；
②300℃时反应开始10分钟内，甲醇浓度为0.4mol/L，其反应速率为=0.04mol/（L•min），由速率之比等于化学计量数之比可知氢气的反应速率为0.04mol/（L•min）×2=0.08mol/（L•min），故答案为：0.08mol/（L•min）；
③500℃时，CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
开始（mol/L）  1       2          0
转化          0.8      1.6        0.8
平衡          0.2      0.4        0.8
K==25，故答案为：25；
④300℃时，将容器的容积压缩到原来的，压强增大，平衡正向移动，
a．体积缩小，c（H2）增大，故a错误；    
b．压强增大，正反应速率加快，逆反应速率也加快，故b错误；
c．平衡正向移动，则CH3OH的物质的量增加，故c正确；
d．平衡正向移动，氢气的物质的量减少，甲醇的物质的量增加，则重新平衡时c（H2）/c（CH3OH）减小，故d正确；
故答案为：c、d．