Question

甲醇被稱為21世紀的新型燃料，工業(yè)上用CH₄和H₂O為原料通過下列反應①和②，來制備甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）?H
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）?H
將0.20mol CH₄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①，達到平衡時，CH₄的轉化率與溫度、壓強的關系如圖：
（1）溫度不變，縮小體積，①的逆反應速率

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）反應①的?H

 

0（填“＜”“=”或“＞”=；100°C時的平衡常數(shù)值K=

 

．
（3）在壓強為0.1Mpa條件下，將amolCO與3amolH₂的混合氣體在催化劑作用下進行反應②再生成甲醇．為了發(fā)尋找合成甲醇的適宜的溫度和壓強，某同學設計了二組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設計表中．請在空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)．

實驗編號	T（°C）	n（CO）/n（H2）	p（MPa）
I	150	1 3	0.1
II			5
III	350		5

300°C時，其他條件不變，將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，對平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填字母）
A．c（H₂）減少B．正反應速率加快，逆反應速率減慢
C．CH₃OH的物質的量增加D．重新平衡時c（H₂）/c（CH₂OH）減小
（4）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）?H₁=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）?H₂=-556.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）?H₃=-44.0kJ?mol^-1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳的液態(tài)水的熱化學方程式

 

．

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡常數(shù)的含義,化學反應速率的影響因素,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)容器容積縮小，增大了容器的壓強分析反應速率變化；
（2）根據(jù)圖象中溫度變化對甲烷轉化率的影響判斷該反應吸熱還是放熱反應；100°C時的甲烷的轉化率計算出平衡時各組分的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

計算出平衡常數(shù)；
（3）實驗目的為探究合成甲醇的適宜的溫度和壓強，根據(jù)“控制變量法”探究外界條件對化學平衡的影響完成表格中空格數(shù)據(jù)；根據(jù)容器容積縮小，增大了容器的壓強分析平衡CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的移動情況；
（4）根據(jù)蓋斯定律計算出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳的液態(tài)水的熱化學方程式．

解答： 解：（1）縮小容器的容積，導致壓強增大，正逆反應速率均加快，
故答案為：增大；
（2）由題中圖象知溫度升高，CH₄的轉化率變大，說明該反應的正反應為吸熱反應，
在100℃時，CH₄的轉化率為0.5，則有：
      CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始：0.2mol  0.3mol     0       0
變化：0.1mol   0.1mol   0.1mol    0.3mol
平衡：0.1mol   0.2mol.1mol    0.3mol
K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

=

( 0.1 10 )×( 0.3 10 )3

( 0.1 10 )×( 0.2 10 )

=1.35×10^-3，
故答案為：＞；1.35×10^-3；
（3）顯然該同學通過“控制變量法”探究外界條件對化學平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其它條件不變，故實驗II的溫度是150℃，n（CO）/n（H₂）=

1

3

，同樣實驗III中n（CO）/n（H₂）同樣等于

1

3

，
由于反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）是氣體體積減小的反應，現(xiàn)體積縮小，即增大壓強，反應物和生成物的濃度均增大，正逆反應速率均加快，化學平衡向正反應方向移動，綜上分析，選項C和D正確，

故答案為：實驗II：150；

1

3

； 實驗III：

1

3

； CD；
（4）根據(jù)蓋斯定律得（①-②+③×4）÷2得：CH₃OH（l）+O₂（g）

點燃

CO（g）+2H₂O（g） △H=-447.8 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）

點燃  .

CO（g）+2H₂O（g） H=-447.8 kJ?mol^-1．

點評：本題考查化學平衡圖象、反應速率計算、化學平衡常數(shù)的有關計算、化學平衡的影響因素等，難度中等，（3）中注意通過“控制變量法”探究外界條件對化學平衡的影響．