Question

甲醇被稱21世紀的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應（Ⅰ）和（Ⅱ），用CH₄和H₂O為原料來制備甲醇．
（1）將1.0mol CH₄和一定量H₂O（g）通入反應室（容積為10L），在一定條件下發(fā)生反應：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H=Q kJ/mol（Ⅰ）
CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖．
①圖中的p₁

 

p₂（填“＜”、“＞”或“=”下同），且Q

 

0；
②該反應的平衡常數(shù)表達式為

 

；
③100℃，p₁壓強下，該反應達到平衡時，H₂O的轉(zhuǎn)化率為20%，則最初加入H₂O（g）的物質(zhì)的量為

 

．
（2）200℃壓強為0.1MPa條件下，將CO、H₂混合后在催化劑作用下能反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol （Ⅱ）
①在上述條件下，將1mol CO、3mol H₂混合后在容積為5L的密閉容器中充分反應后，放出熱量21kJ，則該條件下其化學平衡常數(shù)為

 

；
②在上述條件下，將1mol CH₃OH（g）在相同密閉容器中反應達平衡后，與上述平衡相比，下列說法正確的是

 

．
A．CO體積分數(shù)更大   B．c（CH₃OH）更大  C．化學平衡常數(shù)減小D．吸收熱量＞63kJ．

Answer 1

考點：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）①轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強圖象有三個變量，應“定一議二”；
②平衡常數(shù)表達式：K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

；
③根據(jù)圖表可知甲烷的轉(zhuǎn)化量△n=1.0×0.4=0.4，然后根據(jù)轉(zhuǎn)化量之比等于方程式系數(shù)之比得消耗的H₂O的物質(zhì)的量，再代入轉(zhuǎn)化率公式求算；
（2）①列三段求出各物質(zhì)的濃度，帶入平衡常數(shù)表達式求解；
②運用等效平衡的知識．在恒溫、恒壓下，只要使各物質(zhì)初始濃度對應成比例即可建立相似平衡，即兩平衡的關(guān)系是相似關(guān)系．兩平衡中各組分平衡時的物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量分數(shù)、氣體體積分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)、各反應物的轉(zhuǎn)化率等對應相等；兩平衡中正與正，逆與逆速率各自對應成比例；而兩平衡中各物質(zhì)平衡時的物質(zhì)的量 反應容器的體積 等對應成比例．

解答： 解：（1）①通過圖表可知當溫度相同時，p2→p1時，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動，正向為氣體系數(shù)增大的反應，根據(jù)減小壓強平衡向系數(shù)增大的方向移動可得出p1＜p2；當壓強為p1時，升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率提高，平衡向正向移動，所以正向為吸熱反應＞0，
故答案為：＜；＞；
②平衡常數(shù)表達式：K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

，故答案為K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

；
③根據(jù)圖表可知甲烷的轉(zhuǎn)化量△n（CH₄）=1.0mol×0.4=0.4 mol，△n（CH₄）：△n（H₂O）=1：1 得△n（H₂O）=0.4mol，H₂O的轉(zhuǎn)化率=

轉(zhuǎn)化量

起始量

×100%=

0.4mol

n0

×100%=20%，得n₀=2.0mol，
故答案為：2.0mol；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol 
                 1       2         1           84kJ
 
  n₀ （mol）     1        3         0                        
△n（mol）    0.25     0.5       0.25        21kJ                 
   n_平（mol）  0.75     2.5      0.25
平衡時各物質(zhì)的濃度：C（CO）=0.15mol/L，C（H₂）=0.5mol/L，C（CH₃OH）=0.05mol/L，
K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=1.33，
故答案為；1.33；
②首先考慮正向投料，將1mol CO、3mol H₂，分成兩次投料第一次為1mol CO、2mol H₂，達到平衡后再進行第二次投料投入1mol的
H₂，則
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-84kJ/mol
正向第一次投料   1      2          0
正向第二次投料           1
逆向投料        0        0        1
  A．正向第一次投料和逆向投料這兩個過程建立的平衡體系等效，所以CO的體積分數(shù)相等，若再進行第二次投料則正向第一次投料后建立的平衡向右移動，故CO的體積分數(shù)與逆向投料平衡后小，故A正確；
B．正向第一次投料和逆向投料這兩個過程建立的平衡體系等效，甲醇濃度相等，若再進行第二次投料則正向第一次投料后建立的平衡向右移動，甲醇濃度增大，所以逆向投料平衡后甲醇的濃度小于正向投料達到平衡時甲醇的濃度，故B錯誤；
C．體系溫度不變化學平衡常數(shù)相等，故C錯誤；
D．正向第一次投料和逆向投料這兩個過程建立的平衡體系等效，反應的熱效應相同，若再進行第二次投料則正向第一次投料后建立的平衡向右移動，又放出一部分熱量，吸收的熱量減小，故D正確；
故選AD．

點評：本題考查化學平衡常數(shù)、化學平衡的計算、化學平衡的影響因素等效平衡及學生的識圖能力等，綜合性較大，難度中等，應加強平時知識的積累，注意控制變量法與看圖時定一議二思想的應用．