问题 填空题

甲醇是一种很好的燃料,工业上用CH4和H2O(g)为原料,通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇.请回答下列问题:

(1)将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反应室(容积为100L)中,在一定条件下发生反应:

CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)(Ⅰ)

CH4的转化率与温度、压强的关系如图1所示.

①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为______.

②图中的p1______p2(填“<”、“>”或“=”),100℃时的平衡常数为______.

③该反应的△H______0,△S______0(填“<”、“>”或“=”).

(2)在压强为0.1MPa条件下,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)⇌△H<0 (Ⅱ)

①若容器的容积不变,下列措施可增大甲醇产率的是______(填序号).

A.升高温度

B.将CH3OH(g)从体系中分离出来

C.恒容下充入He,使体系的总压强增大

D.再充入a mol CO和3a mol H2

②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在了下面的实验设计表中.

实验编号T(℃)n(CO)/n(H2ρ(MPa)
1150
1
3
0.1
2n
1
3
5
3350m5
a.表中剩余的实验数据:n=______,m=______.

b.根据反应Ⅱ的特点,如图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线,请指明图2中的压强px=______MPa.

答案

(1)①根据v(H2)=3v(CH4)=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p1时大于p2时的,所以P1<P2

                CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(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

③一定压强下,升高温度平衡向正反应方向移动,则正反应是吸热反应,所以△H>0;正反应是气体物质的量增大的反应,气体的物质的量越多,其熵越大,所以△S>0,故答案为:>,>;

(2)①A、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CH3OH(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正确;

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amol CO和3amol H2,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.

故选:BD

②A、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(H2)
应保持不变,所以m=
1
3
,比较使用1、2,压强不同,所以温度应相同,故n=150,故答案为:n=150,
1
3

③温度相同时,作垂直x轴的辅助线,发现压强为Py的CO的转化率高,反应为前后体积减小的反应,压强增大平衡向体积减小的方向移动,即向正反应移动,所以Px<Py,所以压强Px=0.1MPa.

故答案为:0.1.

单项选择题
多项选择题