Question

8．甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH₄和H₂O（g）为原料，通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇．请回答下列问题：
（1）将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反应室（容积为100L）中，在一定条件下发生反应：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）（Ⅰ）
达平衡时，CH₄的转化率与温度、压强的关系如图所示．
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0.0030mol•L^-1•min^-1．
②该反应的△H＞0，△S＞0（填“＜”、“＞”或“=”）．
（2）在压强为0.1MPa条件下，a mol CO与3a mol 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）△H＜0 （Ⅱ）
若容器的容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是BD（填序号）．
A．升高温度
B．将CH₃OH（g）从体系中分离出来
C．恒容下充入He，使体系的总压强增大
D．再充入a mol CO和3a mol H₂．

Answer 1

分析 （1）①根据图知道平衡时甲烷的转化率，求出△c（CH₄），根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₄），利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
②温度升高，甲烷的转化率升高则说明正反应是吸热反应，正反应是气体物质的量增大的反应；
（2）容器容积不变，增加甲醇产率，平衡向正反应移动，根据外界条件对平衡的影响分析．

解答 解：（1）①根据v（H₂）=3v（CH₄）=3×$\frac{\frac{1.0mol×0.5}{100L}}{5min}$=0.0030mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.0030mol•L^-1•min^-1；
②温度升高，甲烷的转化率升高则说明正反应是吸热反应，所以△H＞0；正反应是气体物质的量增大的反应，气体的物质的量越多，其熵越大，所以△S＞0，故答案为：＞；＞；
（2）A．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amol CO和3amol 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．
故答案为：BD．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡的影响因素及读图能力等，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．注意控制变量法与定一议二原则应用．