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I：①

②

方法Ⅱ：③ _______kJ/mol

（2）在密闭容器中充入2 mol CH4 (g)和1 molO2 (g)，在不同条件下进行反应：。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”）；P1__P2（填“>"、“<”或“=”）；

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 (CH3 OH) =1mol，总压强为2.5MPa，则To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 > (N)>(F)>(E) c 2MPa-1 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）根据盖斯定律，目标反应为[①+②]2，以此计算的反应热；

（2）①此反应的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动；

②E、F点对应的温度相同；F、N点对应的压强相同；

③a．选择高效催化剂，只能加快反应速率，不能使平衡发生移动；

b．增大投料比，能提高O2转化率，CH4平衡转化率降低；

c．及时分离产物，平衡向正反应方向移动，转化率增大；

④列出三段式，找出各组分的平衡分压，代入平衡常数计算公式计算；

（3）①温度升高反应速率加快，且在此温度下催化剂活性增强，使产率增大；

②该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH产率降低。

（1）①CH4（g）+O2（g）CO（g）+2H2（g）△H=-35.4kJmol-1
②CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=-90.1kJmol-1
根据盖斯定律，[①+②]2得：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g） △H=[(-35.4kJ/mol)+（-90.1kJ/mol）]2=-251.0 kJ/mol；
因此，本题正确答案是：-251.0 ；

（2）①由反应式2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)可知，此反应的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动。由图像可知，在相同压强下，随着温度升高，CH3OH(g)的物质的量减小，在相同温度下，P2到P1，CH3OH(g)的物质的量增大，说明平衡向正反应方向移动，即P1> P2。

因此，本题正确答案是：减小；>；

②E、F点对应的温度相同，但F点对应的压强较大，反应速率较大；F、N点对应的压强相同，但N点对应的温度较高，反应速率较大。故化学反应速率由大到小的顺序为(N)>(F)>(E)，

因此，本题正确答案是：(N)>(F)>(E)；

③a．选择高效催化剂，只能加快反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高CH4平衡转化率；

b．增大投料比，能提高O2转化率，CH4平衡转化率降低；

c．及时分离产物，平衡向正反应方向移动，转化率增大；

因此，本题正确答案是：c；

④若F点，n (CH3 OH) =1mol，总压强为2.5MPa，

2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)

起始量（mol） 2 1 0

转化量（mol） 1 0.5 1

平衡量（mol） 1 0.5 1

CH4 、O2和CH3OH的平衡分压分别为2.5MPa、2.5MPa、2.5MPa，即1 MPa、0.5MPa、1MPa，

则平衡常数Kp==2MPa-1，

因此，本题正确答案是：2MPa-1；

（3）①温度升高反应速率加快，且在此温度下催化剂活性增强，使产率增大；

②该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CH3OH产率降低。

因此，本题正确答案是：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。