Question

【題目】甲烷是最簡單的烴，是一種重要的化工原料。

(1)以甲烷為原料，有兩種方法合成甲醇：

方法Ι：①CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) △H1=-35.4kJ/mol

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H2 =-90.1kJ/mol

方法Ⅱ： ③2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(g) △H3 =______kJ/mol

(2)在密閉容器中充入2molCH4 (g) 和1molO2 (g)，在不同條件下反應(yīng)：2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)。實(shí)驗(yàn)測得平衡時甲醇的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)的變化如圖所示。

①P1時升高溫度，n(CH3OH)_______________（填“增大”、“減小”或“不變”）；

②E、F、N點(diǎn)對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)?/span>____________（用V(E)、V(F)、V(N)表示）；

③下列能提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的措施是_______________（填序號）

a.選擇高效催化劑 b.增大投料比 c.及時分離產(chǎn)物

④若F點(diǎn)n (CH3OH)=1mol，總壓強(qiáng)為2.5MPa,則T0時F點(diǎn)用分壓強(qiáng)代替濃度表示的平衡常數(shù)Kp=_____________________ ；

(3)使用新型催化劑進(jìn)行反應(yīng)2CH4(g)+O2 (g)2CH3OH(g)。隨溫度升高CH3OH的產(chǎn)率如圖所示。

①CH3OH的產(chǎn)率在T1至T2時很快增大的原因是______________；

②T2后CH3OH產(chǎn)率降低的原因可能是__________________。

Answer 1

【答案】-251.0 減小 V(N)>V(F)>V(E) c 2MPa- l 溫度升高反應(yīng)速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強(qiáng) 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，CH3OH產(chǎn)率降低

【解析】

(1)①×2+②×2，整理可得相應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)①在壓強(qiáng)不變時，根據(jù)溫度對甲醇的物質(zhì)的量的影響分析；

②根據(jù)相同溫度時，壓強(qiáng)越大，速率越快；相同壓強(qiáng)時，溫度越高，速率越快分析；

③能提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率，就是是平衡正向移動，根據(jù)平衡移動原理分析；

④根據(jù)物質(zhì)的量的比等于壓強(qiáng)比，計(jì)算平衡時各種氣體的分壓，帶入平衡常數(shù)表達(dá)式可得Kp。

(3)①在T2以前，反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快；

②該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)溫度對平衡移動的影響分析。

(1)根據(jù)蓋斯定律，將①×2+②×2，整理可得相應(yīng)的熱化學(xué)方程式2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(g) △H3 =-251.0kJ/mol；

(2)①根據(jù)圖象可知：在壓強(qiáng)不變時，升高溫度，平衡時甲醇的物質(zhì)的量減�。�

②對于反應(yīng)2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)，升高溫度，甲醇的平衡物質(zhì)的量減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；在溫度為T0時，F點(diǎn)甲醇的物質(zhì)的量大于E點(diǎn)，說明平衡正向移動，由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，甲醇物質(zhì)的量增大，所以壓強(qiáng)p1>p2，反應(yīng)速率V(F)>V(E)；F、N兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，由于溫度N>F，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以V(N)>V(F)，因此E、F、N三點(diǎn)的速率大小關(guān)系為：V(N)>V(F)>V(E)；

③a.催化劑不能使平衡發(fā)生移動，因此選擇高效催化劑對甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率無影響，a錯誤；

b.增大投料比，相對于O2的濃度不變，增大甲烷的濃度，平衡正向移動，但平衡移動的趨勢是微弱的，總的來說甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，b錯誤；

c.及時分離產(chǎn)物，即降低生成物的濃度，平衡正向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，c正確；

故合理選項(xiàng)是c；

④可逆反應(yīng)2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)

n(開始)mol 2 1 0

n(變化)mol 1 0.5 1

n(開始)mol 1 0.5 1

n(總)=1mol+0.5mol+1mol=2.5mol，平衡分壓：Kp(CH4)==1Mpa；Kp(O2)==0.5Mpa；Kp(CH3OH)==1Mpa，所以該反應(yīng)用平衡分壓表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp==2MPa-l；

(3)①根據(jù)圖象可知：在T2以前，反應(yīng)未達(dá)到平衡，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，更多的反應(yīng)物變?yōu)樯�成物甲醇，且在此溫度下催化劑活性增�?qiáng)，因此甲醇的產(chǎn)率提高；

②該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，因此甲醇的產(chǎn)率降低。