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甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应I和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇.(1)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)ⅠCH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1.①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均速率为 .②图中的P1 P2(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数的值为 .③在其它条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将 (填“增大”“减小”或“不变”).(2)在压强为0.1MPa条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)Ⅱ.④该反应的△H 0,△S 0(填“<”、“>”或“=”).⑤若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是 .A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离C.充入He,使体系总压强增大 D.再充入1mol CO和3mol H2⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中. 实验编号 T(℃) n(CO)/n(H2) P(MPa) i 150 13 0.1 ii 5 iii 350 5 A.请在上表空格中填入剩余的实验条件数据.B.根据反应Ⅱ的特点,在给出的坐标图中,画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图(如图2),并标明各曲线的压强.试题及答案-填空题-云返教育
试题详情
甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应I和Ⅱ,用CH
4
和H
2
O为原料来制备甲醇.
(1)将1.0mol CH
4
和2.0mol H
2
O(g)通入反应室(容积为100L),在一定条件下发生反应:CH
4
(g)+H
2
O(g)?CO(g)+3H
2
(g)Ⅰ
CH
4
的平衡转化率与温度、压强的关系如图1.①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H
2
表示的平均速率为
.
②图中的P
1
P
2
(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数的值为
.
③在其它条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将
(填“增大”“减小”或“不变”).
(2)在压强为0.1MPa条件下,将a mol CO与3a mol H
2
的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H
2
(g)?CH
3
OH(g)Ⅱ.
④该反应的△H
0,△S
0(填“<”、“>”或“=”).
⑤若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是
.
A.升高温度 B.将CH
3
OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大 D.再充入1mol CO和3mol H
2
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中.
实验编号
T(℃)
n(CO)/n(H
2
)
P(MPa)
i
150
1
3
0.1
ii
5
iii
350
5
A.请在上表空格中填入剩余的实验条件数据.
B.根据反应Ⅱ的特点,在给出的坐标图中,画出其在0.1MPa和5MPa条件下CO的转化率随温度变化的趋势曲线示意图(如图2),并标明各曲线的压强.
试题解答
0.0030mol?L
-1
?min
-1
:<:
2.25×10
-4
:减小:<:<:BD:150:
1
3
:
1
3
【解答】解:(1)①根据v(H
2
)=3v(CH
4
)=3×
1.0mol×0.5
100L
5min
=0.0030mol?L
-1
?min
-1
,故答案为:0.0030mol?L
-1
?min
-1
;
②根据化学方程式可以得出,增大压强,化学平衡逆向移动,甲烷的转化率减小,可以去200℃来分析,发现甲烷的转化率是p
1
时大于p
2
时的,所以P
1
<P
2
,
CH
4
(g)+H
2
O(g)=CO(g)+3H
2
(g)
初始浓度:0.01 0.02 0 0
变化浓度:0.005 0.005 0.005 0.015
平衡浓度:0.005 0.015 0.005 0.015
100℃时平衡常数=
0.005×(0.015)
3
0.005×0.015
(mol/L)
2
=2.25×10
-4
(mol/L)
2
,
故答案为:<;2.25×10
-4
;
③降低温度,正逆反应速率都减小,故答案为:减小;
(2)④混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇,则说明正反应是放热反应,所以△H<0;正反应是气体物质的量减小的反应,气体的物质的量越多,其熵越大,所以△S<0,故答案为:<;<;
⑤A.该反应为放热反应,升高温度,平衡向吸热方向移动,即向逆反应方向移动,甲醇的产率降低,故A错误;
B.将CH
3
OH(g)从体系中分离,产物的浓度降低,平衡向正反应移动,甲醇的产率增加,故B错误;
C.充入He,使体系总压强增大,容器容积不变,反应混合物各组分浓度不变,平衡不移动,甲醇的产率不变,故C错误;
D.再充入1mol CO和3mol H
2
,可等效为压强增大,平衡向体积减小的方向移动,即向正反应方向移动,甲醇的产率增加,故D正确.
故答案为:BD;
⑥A.采取控制变量法,探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件,所以温度、压强是变化的,n(CO)/n(H
2
)保持不变,比较使用1、2,压强不同,所以温度应相同,应为150℃,故答案为:150;
1
3
;
1
3
;
B.增大压强,平衡向平衡向正反应方向移动,则CO的转化率增大,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则CO的转化率减小,图象可为
,
故答案为:
.
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