Question

【题目】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．

（1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g），CH4的转化率与温度、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在其它条件不变的情况下升高温度，化学平衡常数将（填“增大”“减小”或“不变”）．
③图中的P1P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为 ．
④保持反应体系为100℃，5min后再向容器中冲入H2O，H2各0.5mol，化学平衡将向移动（填“向左”“向右”或“不”）．
（2）在压强为0.1MPa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发生反应Ⅱ：
CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）
①该反应的△H0，△S0（填“＜”、“＞”或“=”）．
②若容器容积不变，下列措施可以提高CO转化率的是 ．
A．升高温度
B．将CH3OH（g）从体系中分离出来
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入1mol CO和3mol H2 ．

Answer 1

【答案】
（1）0.030mol?L﹣1?min﹣1；增大；＜；2.25×10﹣2；向左
（2）＜；＜；BD
【解析】解：第（1）问：①由100℃平衡CH4的转化率为0.5可知，消耗CH4为1mol×0.5=0.5mol，平衡时甲烷的浓度变化量为： =5×10﹣2mol/L，根据甲烷与氢气的计量数关系，则：v（H2）=3v（CH4）=3× =0.030molL﹣1min﹣1 ，
所以答案是：0.030molL﹣1min﹣1；②通过图表可知当温度相同时，p2→p1时，甲烷的转化率提高，平衡向正向移动，正向为气体系数增大的反应，根据减小压强平衡向系数增大的方向移动可得出p1＜p2；当压强为p1时，升高温度，甲烷的转化率提高，平衡向正向移动，所以正向为吸热反应，所以升高温度平衡常数变大，所以答案是：增大；③由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P1的CH4转化率高，正反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率降低，故压强P1＜P2 ，

	CH4（g）	+	H2O（g）	=	CO（g）	+	3H2（g）
初始浓度：	0.1		0.2		0		0
变化浓度：	0.05		0.05		0.05		0.15
平衡浓度：	0.05		0.15		0.05		0.15

100℃时平衡常数= （mol/L）2=2.25×10﹣2 （mol/L）2 ，
所以答案是：＜；2.25×10﹣2；④保持反应体系为100℃，5min后再向容器中冲入H2O、H2各0.5mol，Qc= =4×10﹣2＞K，所以平衡向左移动，所以答案是：向左；
第（2）问：①混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则说明正反应是放热反应，所以△H＜0；正反应是气体物质的量减小的反应，气体的物质的量越多，其熵越大，所以△S＜0，所以答案是：＜；＜；②A．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正确；
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1mol CO和3mol H2 ， 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，
所以答案是：BD．
【考点精析】通过灵活运用化学平衡状态本质及特征，掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）即可以解答此题．