(2013?江西模擬)甲醇是一種很好的燃料,工業(yè)上用CH4和H2O為原料,通過下述反應Ⅰ和Ⅱ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(fā)生反應:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)…I.CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如圖.
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
0.003mol/(L?min)
0.003mol/(L?min)

②圖中的P1
P2(填“<”、“>”或“=”),100℃時平衡常數(shù)為
2.25×10-4
2.25×10-4

③該反應的△H
0(填“<”、“>”或“=”).
(2)在壓強為0.1MPa條件下,將a mol CO與3amol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H<0
Ⅱ.
①若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是
BD
BD

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
②為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件,某同學設計了三組實驗,部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設計表中.
實驗編號 T(℃) n(CO)/n(H2 p(MPa)
l 150
1
3
0.1
2 n
1
3
5
3 350 m 5
A.則上表中剩余的實驗條件數(shù)據(jù):a=
150
150
、b=
1
3
1
3

B.根據(jù)反應Ⅱ的特點,右上圖是在壓強分別為0.1MPa和5MPa下CO的轉化率隨溫度變化的曲線圖,請指明圖中的壓強Px=
0.1
0.1
MPa.
分析:(1)①根據(jù)圖知道平衡時甲烷的轉化率,求出△c(CH4),根據(jù)v=
△c
△t
計算v(CH4),利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v(H2).
②根據(jù)定一議二原則,定溫度同,再比較壓強,即作垂直x軸的輔助線,比較平衡時甲烷的轉化率,由此判斷;
平衡常數(shù)k=
c(CO)×[c(H2)]3
c(CH4)×c(H2O)
,計算出平衡時,各組分的濃度,代入平衡常數(shù)計算.
③由圖可知,溫度越高甲烷的轉化率越大,即升高溫度平衡向正反應方向移.
(2)①容器容積不變,增加甲醇產(chǎn)率,平衡向正反應移動,根據(jù)外界條件對平衡的影響分析.
②采取控制變量法,探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件,據(jù)此判斷a、b的值.
③根據(jù)定一議二原則,定溫度同,再比較壓強,即作垂直x軸的輔助線,比較平衡時CO的轉化率,由此判斷.
解答:解:(1)①由圖知道平衡時甲烷的轉化率為0.5,所以△c(CH4
1.0mol×0.5
100L
=0.005mol/L,
所以v(CH4)=
0.005mol/L
5min
=0.001mol/(L?min),速率之比等于化學計量數(shù)之比,所以v(H2)=3v(CH4)=3×0.001mol/(L?min)=0.003mol/(L?min).
故答案為:0.003mol/(L?min).
②溫度相同時,作垂直x軸的輔助線,發(fā)現(xiàn)壓強為P1的CH4的轉化率高,反應為前后體積增大的反應,壓強增大平衡向體積減小的方向移動,即向逆反應移動,CH4的轉化率降低,所以P1<P2
               CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),
開始(mol):1.0        2.0               0        0
變化(mol):1.0×0.5    0.5               0.5      1.5
平衡(mol):0.5        1.5               0.5      1.5
所以平衡常數(shù)k=
c(CO)×[c(H2)]3
c(CH4)×c(H2O)
=
0.5mol
100L
×(
1.5mol
100L
)
3
0.5mol
100L
×
1.5mol
100L
=2.25×10-4
故答案為:<;2.25×10-4
③由圖可知,溫度越高甲烷的轉化率越大,即升高溫度平衡向正反應方向移,溫度升高平衡向吸熱方向移動,所以正反應為吸熱反應,即△H>0.
故答案為:>
(2)①A、該反應為放熱反應,升高溫度,平衡向吸熱方向移動,即向逆反應方向移動,甲醇的產(chǎn)率降低,故A錯誤;
B、將CH3OH(g)從體系中分離,產(chǎn)物的濃度降低,平衡向正反應移動,甲醇的產(chǎn)率增加,故B錯誤;
C、充入He,使體系總壓強增大,容器容積不變,反應混合物各組分濃度不變,平衡不移動,甲醇的產(chǎn)率不變,故C錯誤;
D、再充入1mol CO和3mol H2,可等效為壓強增大,平衡向體積減小的方向移動,即向正反應方向移動,甲醇的產(chǎn)率增加,故D正確.
故選:BD
②A、采取控制變量法,探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件,所以溫度、壓強是變化的,
n(CO)
n(H2)
應保持不變,所以b=
1
3
;比較使用1、2,壓強不同,所以溫度應相同,故a=150.
故答案為:a=150;b=
1
3

B、溫度相同時,作垂直x軸的輔助線,發(fā)現(xiàn)壓強為Py的CO的轉化率高,反應為前后體積減小的反應,壓強增大平衡向體積減小的方向移動,即向正反應移動,所以Px<Py,所以壓強Px=0.1MPa.
故答案為:0.1
點評:本題考查化學反應速率、平衡常數(shù)、化學平衡計算、化學平衡的影響因素及讀圖能力等,綜合性較大,難度中等,知識面廣,應加強平時知識的積累.注意控制變量法與定一議二原則應用.
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③反應②、③是重要的化工反應,I是一種重要的化工原料.
④圖(1)中的部分變化經(jīng)定量測定,得到如圖(2)所示的固體產(chǎn)物的質量分數(shù)[ω(%)]隨溫度[T(℃)]的變化曲線.

回答下列問題:
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CaC2O4?H2O
CaC2O4?H2O
,D中陰離子的結構示意圖為
;
(2)反應①的化學方程式為:
CaC2O4
 高溫 
.
 
CaCO3+CO↑
CaC2O4
 高溫 
.
 
CaCO3+CO↑

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CH4O
CH4O

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B
B
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