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)通人反应室(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、压强的关系如右图所示。

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“=”)。

(2)在一定条件下，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．充人He，使体系总压强增大    D．再充人lmol CO和3 mol 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．下表中剩余的实验条件数据:  a=_     ；b=_         。

实验编号	T（℃）	n(CO)／n(H2)	P(Mpa)
1	150	1／3	0.1
2	a	1／3	5
3	350	b	5

B．根据反应Ⅱ的特点，右下图是在压强分别为0.1 MPa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Px =           Mpa。

Answer

（14分）（1）①0.0030mol/(L·min) （2分） ②＜ （2分）

2.25×10－4(mol/L)2（2分，不写单位不扣分，单位写错扣1分） ③＞（2分）

（2）④BD（2分） ⑤A.a＝150，b＝（各1分，共2分） B.0.1（2分）

【解析】

试题分析：（1）①由图像可知，平衡时甲烷的转化率为0.5，所以甲烷的物质的量减少了1.5mol×0.5＝0.5mol，则△c(CH4)＝0.5mol÷100L＝0.005mol/L，所以v(CH4)＝0.005mol/L÷5min＝0.001mol/（L•min）。速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)＝3v(CH4)＝3×0.001mol/（L•min）=0.003mol/（L•min）。

②温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为P1的CH4的转化率高，反应为前后体积增大的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应移动，CH4的转化率降低，所以P1＜P2。则

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

起始浓度（mol/L）  0.010     0.020           0          0

转化浓度（mol/L）  0.005     0.005          0.005     0.015

平衡浓度（mol/L）  0.005     0.015          0.005     0.015

所以平衡常数K＝=＝2.25×10-4。

③由图可知，温度越高甲烷的转化率越大，即升高温度平衡向正反应方向移，温度升高平衡向吸热方向移动，所以正反应为吸热反应，即△H＞0。

（2）④A、该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向移动，即向逆反应方向移动，甲醇的产率降低，故A错误；B、将CH3OH（g）从体系中分离，产物的浓度降低，平衡向正反应移动，甲醇的产率增加，故B错误；C、充入He，使体系总压强增大，容器容积不变，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，故C错误；D、再充入1molCO和3molH2，可等效为压强增大，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，甲醇的产率增加，故D正确，答案选BD。

⑤A、采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以温度、压强是变化的，应保持不变，所以b＝；比较实验1、2可知，压强不同，所以温度应相同，故a＝150。

B、温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为Py的CO的转化率高，反应为前后体积减小的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，所以Px＜Py，因此压强Px＝0.1Mpa。

考点：考查反应速率、平衡常数的计算；外界条件对平衡状态的影响以及图像识别等