Question

【題目】甲醇被稱為2l世紀的新型燃料，工業上通過下列反應①和②，用CH4和H2O為原料來制備甲醇。

① CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) △H1

② CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H2

將0.20mol CH4和0.30 mol H2O(g)通入容積為10L的密閉容器中，在一定條件下發生反應①，達到平衡時，CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如右圖。

（1）已知在P1、100℃時達到平衡所需的時間為5min，則用CH4表示的平均反應速率為______。

（2）反應①的△H1____0，圖中的P1______P2（填“<”、“=”或“>”）。

（3）在壓強為0.1MPa條件下，將一定量CO與H2的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇，則反應②的△H2____0，△S____0（填“<”、“=”或“>”）。

（4）根據題中給出的數據，計算反應①在100℃時的平衡常數值____________（寫出計算過程及結果）

Answer 1

【答案】 0.002mol/(L·min) > < < < 1.35×10-3(mol/L)2

【解析】（1）100℃時達到平衡時甲烷的轉化率為0.5，則甲烷參加反應的物質的量=0.2mol×0.5=0.1mol，v（CH4）= =0.002mol/(L·min)

（2）從圖象分析，溫度升高時甲烷的轉化率增大，平衡正向移動，反應吸熱，△H＞0；由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P1的CH4轉化率高，平衡向正反應方向移動，反應為氣體體積增大的反應，減小壓強平衡向體積增大的方向移動，即P1＜P2；

（3）在壓強為0.1MPa條件下，將一定量CO與H2的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇，反應后氣體體積減少，故△S<0；又反應能自發進行，△H<T△S<0。

（4）反應①在100℃時，c(CH4)=0.2mol×0.5/10L=0.01mol/L，c(H2O)=（0.3mol―0.1mol）/10L=0.02mol/L，c(CO)=△C(CH4)=0.01mol/L，c()=3△C(CH4)=3×0.01mol/L=0.03mol/L，K= =1.35×10-3(mol/L)2