Question

甲醇可作為燃料電池的原料．以CH₄和H₂O為原料，通過下列反應來制備甲醇．
Ⅰ：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-129.0kJ?mol^-1
（1）CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CH₃OH（g）和H₂（g）的熱化學方程式為

 

．
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入容積為100L的反應室中，在一定條件下發(fā)生反應Ⅰ，測得在一定的壓強下CH₄的轉化率與溫度的關系如圖．
①假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應的平衡反應速率為

 

．
②100℃時反應Ⅰ的平衡常數(shù)為

 

．
（3）在壓強為0.1MPa、溫度為300℃條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應Ⅱ生成甲醇，平衡后將容器的容積壓縮到原來的1/2，其他條件不變，對平衡體系產生的影響是

 

（填字母序號）．
A．c（H₂）減小
B．正反應速率加快，逆反應速率減慢
C．CH₃OH的物質的量增加
D．重新平衡c（H₂）/c（CH₃OH）減小
E．平衡常數(shù)K增大．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題

分析：（1）依據蓋斯定律將已知熱化學方程式變形運算解答；
（2）列三段式表示各物質起始量、轉化量、平衡量；
①依據反應速率計算公式V=

△C

△t

計算解答；
②依據平衡常數(shù)表達式計算該反應的平衡常數(shù)；
（3）其他條件不變，平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，正、逆反應速率都增大，但正反應速率增大更多，平衡向正反應方向移動，生成物的濃度增大，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，結合平衡常數(shù)可知，平衡時反應物各組分的濃度都增大，據此分析解答；

解答： 解：（1）Ⅰ：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ?mol^-1
Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-129.0kJ?mol^-1
依據蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ得：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+206.0kJ/mol-（-129.0kJ/mol）=+77.0 kJ/mol；
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+77.0 kJ/mol；
（2）將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O （ g ）通入容積固定為100L的反應室，在一定條件下發(fā)生反應I，由圖象可知100℃甲烷轉化率為50%，故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：
              CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）
起始量（mol）：1.0       2.0      0         0
變化量（mol）：0.5       0.5      0.5      1.5
平衡量（mol）：0.5       1.5      0.5      1.5
①假設100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用H₂表示該反應的平衡反應速率V（H₂）=

1.5mol 100L

5min

=0.003 mol?L^-1?min^-1，
故答案為：0.003 mol?L^-1?min^-1；
②100℃時反應I的平衡濃度為c（CH₄）=0.005mol/L，c（H₂O）=0.015mol/L，c（CO）=0.005mol/L，c（H₂）=0.015mol/L，
所以該溫度下反應的平衡常數(shù)K=

[CO][H2]3

[CH4][H2O]

=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4；
故答案為：2.25×10^-4；
（3）在壓強為0.1MPa、溫度為300℃條件下，將1.0molCO與2.0molH₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應Ⅱ生成甲醇，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol；
平衡后將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，其他條件不變，體積減小壓強增大，反應速率增大，平衡正向進行
A、體積減小，c（H₂）增大，故A錯誤；
B、壓強增大，正逆反應速率都加快，故B錯誤；
C、體積減小，壓強增大，平衡正向進行，CH₃OH的物質的量增加，故C正確；
D、體積減小，壓強增大，平衡正向進行，重新平衡時c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故D正確；
E、平衡常數(shù)K只隨溫度的而變化，故E錯誤；
故選：CD．

點評：本題為綜合題，考查了反應熱的計算、熱化學方程式的書寫、反應速率、平衡常數(shù)的計算、化學平衡的移動，熟悉熱化學方程式書寫的方法及蓋斯定律計算反應熱的方法、明確化學平衡移動規(guī)律是解題關鍵，題目難度較大．