Question

【題目】甲醇被稱為21世紀的新型燃料，工業上通過下列反應Ⅰ和Ⅱ，用CH4和H2O為原料來制備甲醇。

(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反應室(容積為100L)，在一定條件下發生反應：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)，CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如下圖。

①已知100 ℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H2表示的平均反應速率為____。

②圖中的P1___P2(填“<”、“>”或“＝”)，100 ℃時平衡常數為____。

③在其他條件不變的情況下降低溫度，逆反應速率將____(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(2)在壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) Ⅱ

①該反應的ΔH______0，ΔS_____0(填“<”、“>”或“＝”)。

②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是（____）

A．升高溫度 B．將CH3OH(g)從體系中分離

C．充入He，使體系總壓強增大 D．再充入1mol CO和3mol H2

Answer 1

【答案】0.0030mol·L-1·min-1 < 2.25×10-4 減小 < < BD

【解析】

（1）①由圖可知100℃時，CH4的轉化率為0.5，根據三段法進行計算；

②同一溫度下，P1的轉化率大于P2，此反應增大壓強反應左移，所以p1小于p2；

③升高溫度正逆反應速率均加快，降低溫度正逆反應均速率減慢；

（2）①根據方程式可知ΔH<0，ΔS<0；

②增加甲醇產率需要是平衡正移，根據平衡移動原理進行分析。

（1）①由圖可知100℃時，CH4的轉化率為0.5，設CH4轉化了x mol/L，則

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

始(mol/L) 0.01 0.02 0 0

轉(mol/L) x x x 3x

平(mol/L) 0.01-x 0.02-x x 3x

=0.5 x=0.005mol/L

v(H2)===0.003molL-1min-1

②同一溫度下，P1的轉化率大于P2，此反應增大壓強反應左移，所以P1小于P2；

K===2.25×10-4；

③升高溫度正逆反應速率均加快，降低溫度正逆反應均速率減慢；

（2）①根據方程式可知ΔH<0，ΔS<0；

②增加甲醇產率需要是平衡正移，反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H＜0，

A.升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，即平衡逆向移動，A項錯誤；

B. 將CH3OH(g)從體系中分離出來，即減小生成物濃度，平衡正向移動，B項正確；

C. 恒容下充入He，使體系的總壓強增大，但各物質的濃度不變，平衡不移動，C項錯誤；

D. 再充入1mol CO和3mol H2，增大了反應物的濃度，平衡正向移動，D項正確；

答案選BD。