Question

【题目】甲烷是最简单的烃，是一种重要的化工原料。

(1)以甲烷为原料，有两种方法合成甲醇：

方法Ι：①CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) △H1=-35.4kJ/mol

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H2 =-90.1kJ/mol

方法Ⅱ： ③2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(g) △H3 =______kJ/mol

(2)在密闭容器中充入2molCH4 (g) 和1molO2 (g)，在不同条件下反应：2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)。实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。

①P1时升高温度，n(CH3OH)_______________（填“增大”、“减小”或“不变”）；

②E、F、N点对应的化学反应速率由大到小的顺序为____________（用V(E)、V(F)、V(N)表示）；

③下列能提高CH4平衡转化率的措施是_______________（填序号）

a.选择高效催化剂 b.增大投料比 c.及时分离产物

④若F点n (CH3OH)=1mol，总压强为2.5MPa,则T0时F点用分压强代替浓度表示的平衡常数Kp=_____________________ ；

(3)使用新型催化剂进行反应2CH4(g)+O2 (g)2CH3OH(g)。随温度升高CH3OH的产率如图所示。

①CH3OH的产率在T1至T2时很快增大的原因是______________；

②T2后CH3OH产率降低的原因可能是__________________。

Answer 1

【答案】-251.0 减小 V(N)>V(F)>V(E) c 2MPa- l 温度升高反应速率加快，且在此温度下催化剂活性增强 该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH产率降低

【解析】

(1)①×2+②×2，整理可得相应的热化学方程式；

(2)①在压强不变时，根据温度对甲醇的物质的量的影响分析；

②根据相同温度时，压强越大，速率越快；相同压强时，温度越高，速率越快分析；

③能提高CH4平衡转化率，就是是平衡正向移动，根据平衡移动原理分析；

④根据物质的量的比等于压强比，计算平衡时各种气体的分压，带入平衡常数表达式可得Kp。

(3)①在T2以前，反应未达到平衡，温度升高，化学反应速率加快；

②该反应的正反应为放热反应，根据温度对平衡移动的影响分析。

(1)根据盖斯定律，将①×2+②×2，整理可得相应的热化学方程式2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(g) △H3 =-251.0kJ/mol；

(2)①根据图象可知：在压强不变时，升高温度，平衡时甲醇的物质的量减小；

②对于反应2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)，升高温度，甲醇的平衡物质的量减小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应；在温度为T0时，F点甲醇的物质的量大于E点，说明平衡正向移动，由于该反应的正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，甲醇物质的量增大，所以压强p1>p2，反应速率V(F)>V(E)；F、N两点压强相同，由于温度N>F，升高温度，化学反应速率加快，所以V(N)>V(F)，因此E、F、N三点的速率大小关系为：V(N)>V(F)>V(E)；

③a.催化剂不能使平衡发生移动，因此选择高效催化剂对甲烷的平衡转化率无影响，a错误；

b.增大投料比，相对于O2的浓度不变，增大甲烷的浓度，平衡正向移动，但平衡移动的趋势是微弱的，总的来说甲烷的转化率降低，b错误；

c.及时分离产物，即降低生成物的浓度，平衡正向移动，甲烷的转化率提高，c正确；

故合理选项是c；

④可逆反应2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)

n(开始)mol 2 1 0

n(变化)mol 1 0.5 1

n(开始)mol 1 0.5 1

n(总)=1mol+0.5mol+1mol=2.5mol，平衡分压：Kp(CH4)==1Mpa；Kp(O2)==0.5Mpa；Kp(CH3OH)==1Mpa，所以该反应用平衡分压表示的化学平衡常数Kp==2MPa-l；

(3)①根据图象可知：在T2以前，反应未达到平衡，温度升高，化学反应速率加快，更多的反应物变为生成物甲醇，且在此温度下催化剂活性增强，因此甲醇的产率提高；

②该反应的正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，因此甲醇的产率降低。