Question

【题目】甲醇是未来重要的绿色能源之一。以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇。

Ⅰ、CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=+206.0KJ/mol

Ⅱ、CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g） △H=﹣129.0KJ/mol

（1）CH4（g）与H2O（g）反应生成CH3OH（g）和H2（g）的热化学方程式为___。

（2）将1.0molCH4和2.0mol H2O（g）通入容积为2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下平衡时CH4的转化率与温度的关系如图1。

①假设100℃时反应I达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示这段时间该反应的平均反应速率为___。

②100℃时反应I的平衡常数为___。若保持温度和容器的容积不变，5min时再向容器中充入H2O（g）和CO各0.2mol，平衡将___移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。

（3）如图2，P是可自由平行滑动的活塞，关闭K2，在相同温度下，通过K1、K3分别向A、B中各充入2mol CO和3molH2，在一定条件下发生反应Ⅱ，关闭K1、K3，反应起始时A、B的体积相同，均为aL。

①反应达到平衡后，A内压强为起始压强的，则平衡时A容器中H2的体积分数为__。

②若在平衡后打开K2，再次达到平衡后B容器的体积缩至0.6aL，则打开K2之前，B容器的体积为___L。

Answer 1

【答案】CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g） △H=+77.0kJ·mol﹣1 0.12mol·L﹣1·min﹣1 0.18mol2·L﹣2 逆向 0.8aL

【解析】

(1)Ⅰ、CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g） △H=+206.0KJ/mol

Ⅱ、CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g） △H=﹣129.0KJ/mol

将Ⅰ+Ⅱ得：CH4（g）+H2O（g）== CH3OH（g）+ H2（g） △H=+77.0kJ·mol﹣1

(2) 利用三段式我们可以进行以下

CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）

起始量 1.0mol 2.0mol 0 0

变化量 0.4mol 0.4mol 0.4mol 1.2mol

平衡量0.6mol 1.6mol 0.4mol 1.2mol

① 答案为：0.12mol·L﹣1·min﹣1

② 答案为0.18mol2·L﹣2

若保持温度和容器的容积不变，5min时再向容器中充入H2O（g）和CO各0.2mol，则此时各物质的浓度为 c(CH4)=0.3mol/L，c(H2O)=0.9mol/L，c(CO)=0.3mol/L，c(H2)=0.6mol/L

mol2·L﹣2>0.18mol2·L﹣2

所以平衡应逆向移动。答案为逆向

(3)①设参加反应的CO物质的量为x

CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）

起始量 2mol 3mol 0

变化量 x 2x x

平衡量 2-x 3-2x x

x=1mol

则平衡时A容器中H2的体积分数为 答案为

②若在平衡后打开K2，再次达到平衡后B容器的体积缩至0.6aL，则A、B 两容器内气体的总体积为1.6aL，相当于每个容器内的气体各为0.8aL。

故若打开K2之前，B容器的体积为0.8aL。

答案为0.8aL