Question

甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应I和II，用CH₄和H₂O为原料来制备甲醇：

CH₄(g)+H₂O(g)  CO(g)+3H₂ (g)……I   CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g) ……II。

（1）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入容积为100L反应室，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。

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℃时平衡常数的值为__________ 。

（2）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，自发反应Ⅱ，生成甲醇。

③该反应的△H ____ 0；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

④为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。

实验编号	T(℃)	N(CO)/n(H2)	P（Mpa）
i	150	1/3	0.1
ii			5
iii	350		5

a．请在上表空格中填入剩余的实验条件数据。

b．根据反应II的特点，在给出的坐标图中，画出在5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图，并标明压强。

Answer

（1）①0.003mol/（L·min）（2分）    ②<（2分）2.25×10-4（3分）  ­

（2）③<（2分） BD（2分）    ④a．（见下表，3分）   b．（见下图，2分）

实验编号

T（℃）

n（CO）/n（H2）

P（Mpa）

i

150

1/3

0.1

ii

150

1/3

5

iii

350

1/3

5

【解析】

试题分析：⑴①0.003mol/（L·min）    ②<2.25×10-4     ⑵ ③反应 Ⅱ为熵减的反应，要自发反应必须为放热反应，故△H < 0,若容器容积不变，可增加甲醇产率的措施有BD。④a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：Ⅱ中温度为150℃，n （CO）/n（H2）=1/3，Ⅲ中n （CO）/n（H2）为1/3；

考点：考查化学平衡图象、反应速率计算、化学平衡常数的有关计算、化学平衡的影响因素等相关知识。