Question

甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上通过下列反应①和反应②，用CH₄和H₂O为原料来制备甲醇（CH₃OH）．
①CH₄（g）+H₂O（g）  CO（g）+3H₂（g）△H₁
②CO（g）+2H₂（g）  CH₃OH（g）△H₂
将0.20mol CH₄和0.30mol H₂O（g）通入容积为10L的密闭容器中，在一定条件下发生①反应，达到平衡时，CH₄的转化率与温度、压强的关系如图．
（1）温度不变，缩小体积，增大压强，①的反应速率

增大

（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡向

逆反应

方向移动．
（2）反应①的△H₁

＞

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
（3）如果反应①达到平衡时所用的时间为2min，求CH₄的反应速率及化学平衡常数的值．（写出计算过程）．
（4）在100℃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进行②反应，生成甲醇．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．请在下表空格中填入剩余的实验条件数据．

实验编号	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
I	150	1 3	0.1
II			5
III	350		5

Answer 1

分析：（1）温度不变，缩小体积增大压强，反应速率增大，平衡向气体体积减小的方向移动；
（2）采取控制变量法分析，由图可知压强相同时，到达平衡时，温度越高CH₄的转化率越大，升高温度平衡向正反应移动；
（3）由100℃平衡CH₄的转化率为0.5可知，消耗CH₄0.01mol，计算CH₄的浓度变化量，再根据v=

△c

△t

计算v（CH₄），利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
（4）该同学通过“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，据此解答．

解答：解：（1）温度不变，缩小体积增大压强，反应速率增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即反应①向逆反应移动，
故答案为：增大；逆反应；
（2）采取控制变量法分析，由图可知压强相同时，到达平衡时，温度越高CH₄的转化率越大，升高温度平衡向正反应移动，故正反应为吸热反应，即△H＞0，
故答案为：＞；
（3）由100℃平衡CH₄的转化率为0.5可知，消耗CH₄为0.2mol×0.5=0.1mol，平衡时甲烷的浓度变化量为

0.1mol

10L

=0.01mol/L，故v（CH₄）=

0.01mol/L

2min

=0.005mol/（L?min）；
平衡时甲烷的浓度变化量为

0.1mol

10L

=0.01mol/L，则：
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：0.02      0.03    0       0
变化（mol/L）：0.01      0.01    0.01    0.03
平衡（mol/L）：0.01      0.02    0.01    0.03
故100℃时平衡常数k=

0.033  ×0.01

0.02×0.01

=1.35×10^-3，
答：CH₄的反应速率为0.005mol/（L?min）；100℃时平衡常数化学平衡常数的值为1.35×10^-3；
（4）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）为

1

3

，Ⅲ中n （CO）/n（H₂）为

1

3

，
故答案为：

实验编号	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
I
II	150	1 3
III		1 3

．

点评：本题考查化学平衡图象、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，难度中等，（4）中注意通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响．