Question

甲醇是一種很好的燃料，工業(yè)上用CH₄和H₂O 為原料，通過(guò)反應(yīng)I和Ⅱ來(lái)制備甲醇。
⑴將1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通人反應(yīng)室(容積為100L)，在一定條件下發(fā)生反應(yīng):
CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)……I。CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示。

①已知100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H₂表示的平均反應(yīng)速率為                  。
②圖中的P₁_      P₂(填“<”、“>”或“=”),100℃時(shí)平衡常數(shù)為          。
③該反應(yīng)的△H        0(填“<”、“>”或“=”)。
(2)在一定條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇: CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H<0 ……Ⅱ
④若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是
A．升高溫度                     B．將CH₃OH(g)從體系中分離
C．充人He，使體系總壓強(qiáng)增大    D．再充人lmol CO和3 mol H₂
⑤為了尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中。
A．下表中剩余的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù):  a=_    ；b=_        。

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T（℃）	n(CO)／n(H2)	P(Mpa)
1	150	1／3	0.1
2	a	1／3	5
3	350	b	5

B．根據(jù)反應(yīng)Ⅱ的特點(diǎn)，右下圖是在壓強(qiáng)分別為0.1 MPa和5MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖，請(qǐng)指明圖中的壓強(qiáng)Px =           Mpa。

Answer 1

（14分）（1）①0.0030mol/(L·min) （2分） ②＜ （2分）
2.25×10^－4(mol/L)²（2分，不寫單位不扣分，單位寫錯(cuò)扣1分） ③＞（2分）
（2）④BD（2分） ⑤A.a＝150，b＝（各1分，共2分） B.0.1（2分）

解析試題分析：（1）①由圖像可知，平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以甲烷的物質(zhì)的量減少了1.5mol×0.5＝0.5mol，則△c(CH₄)＝0.5mol÷100L＝0.005mol/L，所以v(CH₄)＝0.005mol/L÷5min＝0.001mol/（L?min）。速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v(H₂)＝3v(CH₄)＝3×0.001mol/（L?min）=0.003mol/（L?min）。
②溫度相同時(shí)，作垂直x軸的輔助線，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)為P₁的CH₄的轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為前后體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)移動(dòng)，CH₄的轉(zhuǎn)化率降低，所以P₁＜P₂。則
CH₄（g）＋ H₂O（g）CO（g）＋ 3H₂（g）
起始濃度（mol/L）  0.010    0.020          0         0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.005    0.005         0.005    0.015
平衡濃度（mol/L） 0.005    0.015         0.005    0.015
所以平衡常數(shù)K＝=＝2.25×10^-4。
③由圖可知，溫度越高甲烷的轉(zhuǎn)化率越大，即升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移，溫度升高平衡向吸熱方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0。
（2）④A、該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率降低，故A錯(cuò)誤；B、將CH₃OH（g）從體系中分離，產(chǎn)物的濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故B錯(cuò)誤；C、充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，容器容積不變，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率不變，故C錯(cuò)誤；D、再充入1molCO和3molH₂，可等效為壓強(qiáng)增大，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增加，故D正確，答案選BD。
⑤A、采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，所以溫度、壓強(qiáng)是變化的，應(yīng)保持不變，所以b＝；比較實(shí)驗(yàn)1、2可知，壓強(qiáng)不同，所以溫度應(yīng)相同，故a＝150。
B、溫度相同時(shí)，作垂直x軸的輔助線，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)為P_y的CO的轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為前后體積減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，所以P_x＜P_y，因此壓強(qiáng)P_x＝0.1Mpa。
考點(diǎn)：考查反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計(jì)算；外界條件對(duì)平衡狀態(tài)的影響以及圖像識(shí)別等