(14分)甲醇被称为2l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 mol CH4和2 mol H2O(g)通入反应室(容积为100L),并在一定条件下发生如下反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……Ⅰ
测得CH4的转化率与温度、压强的关系如图。
①当压强为P1,温度为100℃时达到平衡所需的时间为5min。则用H2表示0~5min内的平均反应速率为______。
②图中的P1_________P2(填“<”、“>”或“=”)。
③100℃时该反应的平衡常数为______________。
④在其它条件不变时降低温度,反应Ⅰ的逆反应速率将________(填“增大” “减小”或“不变”),反应_________移动(填“向正方向”、“向逆方向”或“不”)。
(2)在压强为0.1 MPa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,其反应如下:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……Ⅱ
①则该反应的△H________0,△S_________0(填“<”、“>”或“=”)。
②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
③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的表中。请在下表空格中填入剩余的实验条件数据。
实验编号 | T(℃) | n (CO)/n(H2) | P(MPa) |
ⅰ | 150 | 1/3 | 0.1 |
ⅱ | 5 | ||
ⅲ | 350 | 5 |
(1)①0.003mol·L-1·min-1 ②< ③2.25×10-4 ④减少 向逆反应方向 (2)①< < ②B ③
实验编号 | T(℃) | n (CO)/n(H2) | P(MPa) |
ⅰ | |||
ⅱ | 150 | 1/3 | |
ⅲ | 1/3 |
(1)①当压强为P1,温度为100℃时用H2表示0~5min内的平均反应速率为0.003mol·L-1·min-1
②在相同温度下,P1甲烷的转化率大于P2甲烷的转化率,对于此可逆反应,增大压强,平衡左移,甲烷的转化率降低,所以,图中的P1<P2
③根据可逆反应三步走,计算出平衡时各物质的浓度,让平衡时生成物浓度幂的乘积除以反应物浓度幂的乘积,可求出平衡常数K=2.25×10-4
④降低温度,反应Ⅰ的逆反应速率将减小,根据图像,升温,甲烷的转化率增大,平衡右移,正反应是吸热反应,所以,降温,平衡向逆反应方向移动。
(2)则该反应的△H<0,△S<0
②增加甲醇产率的是使平衡左移,能左移的只有B。
③填入的条件如下:
实验编号 | T(℃) | n (CO)/n(H2) | P(MPa) |
ⅰ | |||
ⅱ | 150 | 1/3 | |
ⅲ | 1/3 |