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【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

【答案】
(1)0.030mol?L1?min1;增大;<;2.25×102;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: =5×102mol/L,根据甲烷与氢气的计量数关系,则:v(H2)=3v(CH4)=3× =0.030molL1min1
所以答案是:0.030molL1min1;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=2.25×102 (mol/L)2
所以答案是:<;2.25×102;④保持反应体系为100℃,5min后再向容器中冲入H2O、H2各0.5mol,Qc= =4×102>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.

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