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。

⑴①将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入容积100L的反应室，一定条件下发生反应：CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

Ⅰ，CH4的转化率与温度、压强的关系如图。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图中的压强P1_________P2(填“大于”、“小于”或“等于”)，100℃时的平衡常数为：_______；

③在其它条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将__________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

⑵在压强为0.1 MPa条件下, 将a mol CO与 3amol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

Ⅱ。①若容器容积不变，下列措施可提高甲醇产率的是：________________；

A．升高温度 B．将CH3OH(g)从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大 D．加入更高效的催化剂

②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强，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的表中，请帮他完成该表。

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

表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为：__________、____________、____________。

Answer 1

【答案】0.0030 mol·L-1·min-1 小于 2.25×10-4 减小 B 150 1/3 5

【解析】

（1）①根据v(H2)=3v(CH4)来解答。

②根据化学方程式可以得出，增大压强，化学平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，所以P1＜P2，然后根据三段式解答。

③降低温度，逆反应速率将减小。

（2）①A.该反应是放热的，升高温度，平衡逆向移动，会减小甲醇产率。

B.将CH3OH(g)从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率。

C.充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率。

D.催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动。

故选B。

②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强，只能改变一个条件且其它条件都相同才能作出判断。

（1）①由图像可知，100℃时达到平衡时，甲烷的转化率为0.5，则v(H2)=3v(CH4)=3×(1mol×0.5/100L/5min)= 0.0030 mol·L-1·min-1，故答案为：0.0030 mol·L-1·min-1。

②根据化学方程式可以得出，增大压强，化学平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，所以P1＜P2，

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

起始浓度（mol/L）0.01 0.02 0 0

变化浓度（mol/L）0.005 0.005 0.005 0.005

平衡浓度（mol/L）0.005 0.015 0.005 0.005

100℃时的平衡常数为：[0.005×(0.015)3/0.005×0.015](mol/L)2=2.25×10-4(mol/L)2,故答案为：小于；2.25×10-4。

③降低温度，逆反应速率将减小，故答案为：减小。

（2）①A.该反应是放热的，升高温度，平衡逆向移动，会减小甲醇产率，故A错误；

B.将CH3OH(g)从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率，故B正确；

C.充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率，故C错误；

D.催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，故D错误。

故选B。

②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强，只能改变一个条件且其它条件都相同才能作出判断，A和B中压强不同，则其温度和n (CO)/n(H2)必须相等，故Ⅰ为150℃，Ⅱ为1/3，B和C中温度不同，n (CO)/n(H2)相等，则压强必须相等，故Ⅲ为5，故答案为：150 ；1/3 ；5。