【題目】甲醇被稱為2l世紀的新型燃料,工業(yè)上通過下列反應Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O為原料來制備甲醇.

(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容積為10L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖:
①已知100℃時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示的平均反應速率為
②在其它條件不變的情況下升高溫度,化學平衡常數(shù)將(填“增大”“減小”或“不變”).
③圖中的P1P2(填“<”、“>”或“=”),100℃時平衡常數(shù)為
④保持反應體系為100℃,5min后再向容器中沖入H2O,H2各0.5mol,化學平衡將向移動(填“向左”“向右”或“不”).
(2)在壓強為0.1MPa條件下,將a mol CO與 3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)發(fā)生反應Ⅱ:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
①該反應的△H0,△S0(填“<”、“>”或“=”).
②若容器容積不變,下列措施可以提高CO轉(zhuǎn)化率的是
A.升高溫度
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來
C.充入He,使體系總壓強增大
D.再充入1mol CO和3mol H2

【答案】
(1)0.030mol?L1?min1;增大;<;2.25×102;向左
(2)<;<;BD
【解析】解:第(1)問:①由100℃平衡CH4的轉(zhuǎn)化率為0.5可知,消耗CH4為1mol×0.5=0.5mol,平衡時甲烷的濃度變化量為: =5×102mol/L,根據(jù)甲烷與氫氣的計量數(shù)關系,則:v(H2)=3v(CH4)=3× =0.030molL1min1 ,
所以答案是:0.030molL1min1;②通過圖表可知當溫度相同時,p2→p1時,甲烷的轉(zhuǎn)化率提高,平衡向正向移動,正向為氣體系數(shù)增大的反應,根據(jù)減小壓強平衡向系數(shù)增大的方向移動可得出p1<p2;當壓強為p1時,升高溫度,甲烷的轉(zhuǎn)化率提高,平衡向正向移動,所以正向為吸熱反應,所以升高溫度平衡常數(shù)變大,所以答案是:增大;③由圖可知溫度相同時,到達平衡時,壓強為P1的CH4轉(zhuǎn)化率高,正反應為氣體體積增大的反應,增大壓強平衡向逆反應方向移動,甲烷的轉(zhuǎn)化率降低,故壓強P1<P2 ,

CH4(g)

+

H2O(g)

=

CO(g)

+

3H2(g)

初始濃度:

0.1

0.2

0

0

變化濃度:

0.05

0.05

0.05

0.15

平衡濃度:

0.05

0.15

0.05

0.15

100℃時平衡常數(shù)= (mol/L)2=2.25×102 (mol/L)2
所以答案是:<;2.25×102;④保持反應體系為100℃,5min后再向容器中沖入H2O、H2各0.5mol,Qc= =4×102>K,所以平衡向左移動,所以答案是:向左;
第(2)問:①混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇,則說明正反應是放熱反應,所以△H<0;正反應是氣體物質(zhì)的量減小的反應,氣體的物質(zhì)的量越多,其熵越大,所以△S<0,所以答案是:<;<;②A.該反應為放熱反應,升高溫度,平衡向吸熱方向移動,即向逆反應方向移動,甲醇的產(chǎn)率降低,故A錯誤;
B.將CH3OH(g)從體系中分離,產(chǎn)物的濃度降低,平衡向正反應移動,甲醇的產(chǎn)率增加,故B正確;
C.充入He,使體系總壓強增大,容器容積不變,反應混合物各組分濃度不變,平衡不移動,甲醇的產(chǎn)率不變,故C錯誤;
D.再充入1mol CO和3mol H2 , 可等效為壓強增大,平衡向體積減小的方向移動,即向正反應方向移動,甲醇的產(chǎn)率增加,故D正確,
所以答案是:BD.
【考點精析】通過靈活運用化學平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征,掌握化學平衡狀態(tài)的特征:“等”即 V正=V逆>0;“動”即是動態(tài)平衡,平衡時反應仍在進行;“定”即反應混合物中各組分百分含量不變;“變”即條件改變,平衡被打破,并在新的條件下建立新的化學平衡;與途徑無關,外界條件不變,可逆反應無論是從正反應開始,還是從逆反應開始,都可建立同一平衡狀態(tài)(等效)即可以解答此題.

練習冊系列答案
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(5)部分氧化的Fe﹣Cu合金樣品(氧化物為Fe2O3、CuO)共5.76g,經(jīng)如圖處理:
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