Question

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用天然气为原料，分为两阶段制备甲醇：

（ⅰ）制备合成气：CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) 

（ⅱ）合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) 

请回答下列问题：

（1）制备合成气：将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O(g)通入反应室（容积为100L），在一定条件下发生反应（i）；CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100℃时达到平衡的时间为5min，则从反应开始到平衡，用氢气表示的平均反应速率为：v(H₂)=    。

100℃时该反应的平衡常数K=      ；若升高温度，平衡常数K将            （填“增大”、“减小”或“不变”）。

②图中p1      p2（填“<”、”“>”或“=”）。

③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，发生反应如下：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)，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：在Cu₂O/ZnO作催化剂的条件下，向2L的密闭容器中通入1mol

CO(g)和2mol H₂(g)，发生反应(ⅱ)。

①反应（ⅱ）需在                           （填“高温”或“低温”）才能自发进行。

②据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量的CO₂ 有利于维持Cu₂O的量不变，原因是_________________（用化学方程式表示）。

Answer

（1）①0.003mol·L-1min-1

K== 2.25×10-4； 增大。 ② < ③ 3:1

（2）① 低温 ② Cu2O+CO2Cu+CO2

【解析】

试题分析：（1）①由图可知，100℃时达到平衡时，CH4平衡转化率为0.5，所以生成H2为1.5mol,则v(H2)=1.5/(100x5) =0.003mol·L-1min-1;100℃时达到平衡时, CH4 的量为1-0.5=0.5mol,H2O的量为2-0.5=1.5mol, CO 的量0.5mol,H2的量1.5mol,则K=C3(H2)*C(CO)/C(CH4)*C(H2O)= 2.25×10-4;K随温度变化，温度升高K增大。②因为压强越大平衡左移，相同温度时向上作辅助线，p2对应的CH4平衡转化率小，所以p1 < p2 ③使合成气配比最佳即CH4、H2O、CO2全部转入CH3OH，3CH4 +2H2O+CO2 =4CH3OH

（2）①因为由（ⅰ）吸热反应可知，反应（ⅱ）为放热反应，△H<0,要使得△S-T△H<0,则要低温。

②Cu2O+CO2Cu+CO2 ，CO2的存在抑制平衡的右移，保证Cu2O的催化作用。

考点：考查了盖斯定律及平衡移动的相关知识。