Question

2．甲醇被稱為2l世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應(yīng)①和②，用CH₄和H₂O為原料來制備甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₁
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
將0.20mol CH₄（g）和0.30mol H₂O（g）通入容積為10L的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)①，達(dá)到平衡時(shí)，CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖．
（1）溫度不變，縮小體積，增大壓強(qiáng)，①的反應(yīng)速率增大（填“增大”、“減小”或“不變”），平衡向逆反應(yīng)方向或左方向移動(dòng)．
（2）溫度升高，反應(yīng)①的△H₁＞0（填“＜”、“=”或“＞”），其平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$，100℃時(shí)的平衡常數(shù)值是1.35×10^-3．
（3）在壓強(qiáng)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進(jìn)行反應(yīng)②生成甲醇．為了尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中．請(qǐng)?jiān)谙卤砜崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
I	150	1/3	0.1
II			5
III	350		5

Answer 1

分析 （1）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，平衡逆向移動(dòng)；
（2）由圖可知，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，100℃時(shí)的甲烷轉(zhuǎn)化率為0.5，則
      CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始0.02           0.03           0              0
轉(zhuǎn)化0.01           0.01           0.01         0.03
平衡0.01            0.02           0.01        0.03
結(jié)合平衡濃度計(jì)算K；
（3）尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，則實(shí)驗(yàn)I和II只有壓強(qiáng)不同，II和III只有溫度不同，以此來解答．

解答 解：（1）CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，平衡逆反應(yīng)方向或左移動(dòng)，
故答案為：增大； 逆反應(yīng)方向或左；  
（2）由圖可知，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，即升高溫度平衡正向移動(dòng)，可知△H₁＞0；K=$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$，100℃時(shí)的甲烷轉(zhuǎn)化率為0.5，則
      CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始0.02           0.03           0              0
轉(zhuǎn)化0.01           0.01           0.01         0.03
平衡0.01            0.02           0.01        0.03
K=$\frac{0.01×（0.03）^{3}}{0.01×0.02}$=1.35×10^-3，
故答案為：＞；$\frac{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）c（{H}_{2}O）}$；1.35×10^-3；
（3）尋找合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，則實(shí)驗(yàn)I和II只有壓強(qiáng)不同，II和III只有溫度不同，則II中數(shù)據(jù)分別為150、1/3，III中數(shù)據(jù)為1/3，故答案為：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
I
II	150	1/3
III		1/3

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握化學(xué)平衡三段法、K的計(jì)算、探究平衡移動(dòng)的影響因素為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，注意（3）中控制變量法應(yīng)用，題目難度不大．