Question

9．甲醇與水蒸氣反應(yīng)：CH₃OH（g）+H₂O$\stackrel{催化劑}{?}$CO₂（g）+3H₂（g）．
（1）在某溫度下，測(cè)得H₂O（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如表．

	0min	10min	20min	60min	70min
c（H2O）/mol•L-1	3.00	2.80	2.65	2.50	2.50
c（CH3OH）/mol•L-1	1.00	0.80	0.65	0.50	0.50

①0～10min內(nèi)的平均速率v（H₂O）=0.02 mol•L^-1•min^-1．
②平衡時(shí)CH₃OH的轉(zhuǎn)化率=50%．
③該溫度下，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.35．
（2）為了探究不同催化劑、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，設(shè)計(jì)了3組實(shí)驗(yàn)，所得實(shí)驗(yàn)曲線如圖所示．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T/℃	c（CH3OH）/mol•L-1	c（H2O）/mol•L-1	催化劑
Ⅰ	280	1.00	3.00	CuO
Ⅱ	X	1.00	3.00	ZrO2
Ⅲ	380	Y	Z	ZrO2

①補(bǔ)充完成表格中的實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)：X280Y1.00Z3.00．
②以上甲醇與水蒸氣反應(yīng)的△H＞0（填“＞”、“＜”或“=”）
③根據(jù)以上探究，該反應(yīng)的最佳條件是380℃，ZrO₂做催化劑．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂O）；
②60min處于平衡狀態(tài)，計(jì)算甲醇濃度變化量，甲醇轉(zhuǎn)化率=$\frac{甲醇濃度變化量}{甲醇起始濃度}$×100%；
③計(jì)算平衡時(shí)各組分濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
（2）①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵禾骄坎煌�催化劑、溫度�?duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，采取控制變量法，實(shí)驗(yàn)Ⅰ與實(shí)驗(yàn)Ⅱ催化劑不同，實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ溫度不同，其它條件相同；
②由圖可知，溫度越高平衡時(shí)甲醇的濃度越小，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)；
③控制條件應(yīng)符合反應(yīng)速率快且甲醇的轉(zhuǎn)化率大．

解答 解：（1）①0-10min內(nèi)水的濃度變化量為（3-2.8）mol/L=0.2mol/L，則v（H₂O）=$\frac{0.2mol/L}{10min}$=0.02 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.02 mol•L^-1•min^-1；
②60min處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)甲醇濃度變化量為（1-0.5）mol/L=0.5mol/L，則甲醇轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.5mol/L}{1mol/L}$×100%=50%，故答案為：50%；
③60min處于平衡狀態(tài)，平衡時(shí)甲醇濃度變化量為0.5mol/L，則：
             CH₃OH（g）+H₂O?CO₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L）：1         3    0      0
變化量（mol/L）：0.5      0.5   0.5    1.5
平衡量（mol/L）：0.5      2.5   0.5    1.5
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×2.5}$=1.35，
故答案為：1.35；
（2）①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵禾骄坎煌�催化劑、溫度�?duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，采取控制變量法，實(shí)驗(yàn)Ⅰ與實(shí)驗(yàn)Ⅱ催化劑不同，實(shí)驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ溫度不同，則X為280，Y為1.00，Z為3.00，
故答案為：280；1.00；3.00；
②由圖可知，溫度越高平衡時(shí)甲醇的濃度越小，說明升高溫度平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故△H＞0，故答案為：＞；
③由圖可知溫度高，甲醇的轉(zhuǎn)化率大，而ZrO₂的催化效果比CuO好，故選擇條件為：380℃，ZrO₂做催化劑，
故答案為：380℃，ZrO₂做催化劑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)、化學(xué)平衡影響因素、影響反應(yīng)速率因素探究等，（2）注意利用控制變量法分析解答，難度中等．