Question

【题目】甲醇是一种可再生能源，具有广泛的应用前景。工业上采用下列两种反应合成甲醇：

反应I：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

反应II：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2

（1）下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.04	0.25	0.012

①由表中数据判断ΔH1 _________0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。

②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，5 min后达到平衡，测得c(CO)＝0.2 mol／L，则用H2表示的5min内该反应的反应速率v(H2)=_______mol·L-1·min-1，该温度下此反应的平衡常数为___________，此时的温度为________（从上表中选择）。

（2）一定条件下，将1 mol CO与 3 mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇。若容器容积不变，下列措施可提高CO转化率的是________。

A．升高温度 B．将CH3OH（g）从体系中分离

C．恒容条件下充入He D．再充入适量的 H2

（3）为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。

实验编号	温度（℃）	n(CO)/n(H2)	压强（MPa）
1	a	1/2	0.2
2	200	b	5
3	350	1/2	0.2

A．则上表中剩余的实验条件数据：a=________、b=_______。

B．根据反应I的特点，左下图是在压强分别为0.2MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强Py=______MPa。

（4）上述反应中需要用到H2做反应物，以甲烷为原料制取氢气是常用的制氢方法。已知：

①CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g) ΔH = +206.2 kJ·mol-1

②CH4(g) + CO2(g) = 2CO(g) + 2H2(g) ΔH = +247.4 kJ·mol-1

则CH4和H2O(g)反应生成CO2和H2的热化学方程式为：__________________________。

Answer 1

【答案】< 0.32 2.04 250℃ BD 200 1/2 5 CH4(g) + 2H2O(g) = CO2(g) + 4H2(g) ΔH = +165 kJ·mol-1

【解析】

（1）①由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；

②根据进行计算；根据计算平衡常数；

（2）容器容积不变，增加CO转化率，平衡向正反应移动，根据外界条件对平衡的影响分析．

（3）A. 采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，据此判断a、b的值；

B. 根据定一议二原则，定温度同，再比较压强，即作垂直x轴的辅助线，比较平衡时CO的转化率，由此判断。

（4）根据盖斯定律计算；

①由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，即△H1＜0，

故答案为：<；

②初始CO的浓度为2mol/2L=1mol/L；，

；平衡常数，列三段式：

；平衡常数只有温度有关，温度相同平衡常数相同，对比表格数据可知此时温度为250℃；

故答案为：0.32；2.04；250℃；

（2）①A、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错误；
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molH2，平衡向正反应方向移动，甲醇的产率增加，故D正确．
故答案为：BD；

（3）A．采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以温度、压强是变化的，n(CO)/n(H2)应保持不变，所以b=1/2；比较使用1、2，压强不同，所以温度应相同，故a=200。

故答案为：200；1/2；

B．温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为Py的CO的转化率高，反应为前后体积减小的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，所以Px＜Py，所以压强Px=5MPa．

故答案为：5；

（4）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJmol-1
②CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJmol-1
依据盖斯定律计算，①×2-②则CH4和H2O（g）反应生成CO2和H2的热化学方程式为CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJmol-1；
故答案为：CH4（g）+2H2O（g）=CO2（g）+4H2（g）△H=+165.0kJmol-1；