Question

甲醇被称21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和一定量H₂O（g）通入反应室（容积为10L），在一定条件下发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H=Q kJ/mol（Ⅰ）
CH₄的转化率与温度、压强的关系如图．
①图中的p₁

 

p₂（填“＜”、“＞”或“=”下同），且Q

 

0；
②该反应的平衡常数表达式为

 

；
③100℃，p₁压强下，该反应达到平衡时，H₂O的转化率为20%，则最初加入H₂O（g）的物质的量为

 

．
（2）200℃压强为0.1MPa条件下，将CO、H₂混合后在催化剂作用下能反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol （Ⅱ）
①在上述条件下，将1mol CO、3mol H₂混合后在容积为5L的密闭容器中充分反应后，放出热量21kJ，则该条件下其化学平衡常数为

 

；
②在上述条件下，将1mol CH₃OH（g）在相同密闭容器中反应达平衡后，与上述平衡相比，下列说法正确的是

 

．
A．CO体积分数更大   B．c（CH₃OH）更大  C．化学平衡常数减小D．吸收热量＞63kJ．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）①转化率与温度、压强图象有三个变量，应“定一议二”；
②平衡常数表达式：K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

；
③根据图表可知甲烷的转化量△n=1.0×0.4=0.4，然后根据转化量之比等于方程式系数之比得消耗的H₂O的物质的量，再代入转化率公式求算；
（2）①列三段求出各物质的浓度，带入平衡常数表达式求解；
②运用等效平衡的知识．在恒温、恒压下，只要使各物质初始浓度对应成比例即可建立相似平衡，即两平衡的关系是相似关系．两平衡中各组分平衡时的物质的量浓度、物质的量分数、气体体积分数、质量分数、各反应物的转化率等对应相等；两平衡中正与正，逆与逆速率各自对应成比例；而两平衡中各物质平衡时的物质的量 反应容器的体积 等对应成比例．

解答： 解：（1）①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＞0，
故答案为：＜；＞；
②平衡常数表达式：K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

，故答案为K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

；
③根据图表可知甲烷的转化量△n（CH₄）=1.0mol×0.4=0.4 mol，△n（CH₄）：△n（H₂O）=1：1 得△n（H₂O）=0.4mol，H₂O的转化率=

转化量

起始量

×100%=

0.4mol

n0

×100%=20%，得n₀=2.0mol，
故答案为：2.0mol；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol 
                 1       2         1           84kJ
 
  n₀ （mol）     1        3         0                        
△n（mol）    0.25     0.5       0.25        21kJ                 
   n_平（mol）  0.75     2.5      0.25
平衡时各物质的浓度：C（CO）=0.15mol/L，C（H₂）=0.5mol/L，C（CH₃OH）=0.05mol/L，
K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=1.33，
故答案为；1.33；
②首先考虑正向投料，将1mol CO、3mol H₂，分成两次投料第一次为1mol CO、2mol H₂，达到平衡后再进行第二次投料投入1mol的
H₂，则
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol
正向第一次投料   1      2          0
正向第二次投料           1
逆向投料        0        0        1
  A．正向第一次投料和逆向投料这两个过程建立的平衡体系等效，所以CO的体积分数相等，若再进行第二次投料则正向第一次投料后建立的平衡向右移动，故CO的体积分数与逆向投料平衡后小，故A正确；
B．正向第一次投料和逆向投料这两个过程建立的平衡体系等效，甲醇浓度相等，若再进行第二次投料则正向第一次投料后建立的平衡向右移动，甲醇浓度增大，所以逆向投料平衡后甲醇的浓度小于正向投料达到平衡时甲醇的浓度，故B错误；
C．体系温度不变化学平衡常数相等，故C错误；
D．正向第一次投料和逆向投料这两个过程建立的平衡体系等效，反应的热效应相同，若再进行第二次投料则正向第一次投料后建立的平衡向右移动，又放出一部分热量，吸收的热量减小，故D正确；
故选AD．

点评：本题考查化学平衡常数、化学平衡的计算、化学平衡的影响因素等效平衡及学生的识图能力等，综合性较大，难度中等，应加强平时知识的积累，注意控制变量法与看图时定一议二思想的应用．