Question

甲醇被称为21世纪的新型燃料，工业上用CH₄和H₂O为原料通过下列反应①和②，来制备甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）?H
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）?H
将0.20mol CH₄和0.30mol H₂O（g）通入容积为10L的密闭容器中，在一定条件下发生反应①，达到平衡时，CH₄的转化率与温度、压强的关系如图：
（1）温度不变，缩小体积，①的逆反应速率

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）反应①的?H

 

0（填“＜”“=”或“＞”=；100°C时的平衡常数值K=

 

．
（3）在压强为0.1Mpa条件下，将amolCO与3amolH₂的混合气体在催化剂作用下进行反应②再生成甲醇．为了发寻找合成甲醇的适宜的温度和压强，某同学设计了二组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中．请在空格中填入剩余的实验条件数据．

实验编号	T（°C）	n（CO）/n（H2）	p（MPa）
I	150	1 3	0.1
II			5
III	350		5

300°C时，其他条件不变，将容器的容积压缩到原来的

1

2

，对平衡体系产生的影响是

 

（填字母）
A．c（H₂）减少B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH₃OH的物质的量增加D．重新平衡时c（H₂）/c（CH₂OH）减小
（4）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）?H₁=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）?H₂=-556.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）?H₃=-44.0kJ?mol^-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳的液态水的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡常数的含义,化学反应速率的影响因素,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据容器容积缩小，增大了容器的压强分析反应速率变化；
（2）根据图象中温度变化对甲烷转化率的影响判断该反应吸热还是放热反应；100°C时的甲烷的转化率计算出平衡时各组分的浓度，再根据平衡常数表达式K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

计算出平衡常数；
（3）实验目的为探究合成甲醇的适宜的温度和压强，根据“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响完成表格中空格数据；根据容器容积缩小，增大了容器的压强分析平衡CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的移动情况；
（4）根据盖斯定律计算出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳的液态水的热化学方程式．

解答： 解：（1）缩小容器的容积，导致压强增大，正逆反应速率均加快，
故答案为：增大；
（2）由题中图象知温度升高，CH₄的转化率变大，说明该反应的正反应为吸热反应，
在100℃时，CH₄的转化率为0.5，则有：
      CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始：0.2mol  0.3mol     0       0
变化：0.1mol   0.1mol   0.1mol    0.3mol
平衡：0.1mol   0.2mol.1mol    0.3mol
K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

=

( 0.1 10 )×( 0.3 10 )3

( 0.1 10 )×( 0.2 10 )

=1.35×10^-3，
故答案为：＞；1.35×10^-3；
（3）显然该同学通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其它条件不变，故实验II的温度是150℃，n（CO）/n（H₂）=

1

3

，同样实验III中n（CO）/n（H₂）同样等于

1

3

，
由于反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）是气体体积减小的反应，现体积缩小，即增大压强，反应物和生成物的浓度均增大，正逆反应速率均加快，化学平衡向正反应方向移动，综上分析，选项C和D正确，

故答案为：实验II：150；

1

3

； 实验III：

1

3

； CD；
（4）根据盖斯定律得（①-②+③×4）÷2得：CH₃OH（l）+O₂（g）

点燃

CO（g）+2H₂O（g） △H=-447.8 kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）

点燃  .

CO（g）+2H₂O（g） H=-447.8 kJ?mol^-1．

点评：本题考查化学平衡图象、反应速率计算、化学平衡常数的有关计算、化学平衡的影响因素等，难度中等，（3）中注意通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响．