Question

【題目】甲醇被稱為2l世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過(guò)下列反應(yīng)①和②，用CH4和H2O為原料來(lái)制備甲醇。

① CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H1

② CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H2

將0.20mol CH4和0.30 mol 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)系如右圖。

（1）已知在P1、100℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用CH4表示的平均反應(yīng)速率為______。

（2）反應(yīng)①的△H1____0，圖中的P1______P2（填“<”、“=”或“>”）。

（3）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將一定量CO與H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則反應(yīng)②的△H2____0，△S____0（填“<”、“=”或“>”）。

（4）根據(jù)題中給出的數(shù)據(jù)，計(jì)算反應(yīng)①在100℃時(shí)的平衡常數(shù)值____________（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程及結(jié)果）

Answer 1

【答案】 0.002mol/(L·min) > < < < 1.35×10-3(mol/L)2

【解析】（1）100℃時(shí)達(dá)到平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，則甲烷參加反應(yīng)的物質(zhì)的量=0.2mol×0.5=0.1mol，v（CH4）= =0.002mol/(L·min)

（2）從圖象分析，溫度升高時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)吸熱，△H＞0；由圖可知溫度相同時(shí)，到達(dá)平衡時(shí)，壓強(qiáng)為P1的CH4轉(zhuǎn)化率高，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向體積增大的方向移動(dòng)，即P1＜P2；

（3）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，將一定量CO與H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，反應(yīng)后氣體體積減少，故△S<0；又反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，△H<T△S<0。

（4）反應(yīng)①在100℃時(shí)，c(CH4)=0.2mol×0.5/10L=0.01mol/L，c(H2O)=（0.3mol―0.1mol）/10L=0.02mol/L，c(CO)=△C(CH4)=0.01mol/L，c()=3△C(CH4)=3×0.01mol/L=0.03mol/L，K= =1.35×10-3(mol/L)2