Question

甲醇是一種很好的燃料,工業上用CH₄和H₂O為原料,通過反應Ⅰ和Ⅱ來制備甲醇。
(1)將1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O(g)通入反應室(容積為100 L),在一定條件下發生反應:CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)……Ⅰ。CH₄的轉化率與溫度、壓強的關系如下圖。

①已知100 ℃壓強為p₁時達到平衡所需的時間為5 min,則用H₂表示的平均反應速率為　　　　。 
②圖中的p₁　　　　p₂(填“<”“>”或“="”),100" ℃壓強為p₂時平衡常數為　　　　。 
③該反應的ΔH　　　　0(填“<”“>”或“=”)。 
(2)在一定條件下,將a mol CO與3amol H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇: CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)　ΔH<0 ……Ⅱ
①若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產率的是(　　)
A.升高溫度
B.將CH₃OH(g)從體系中分離
C.充入He,使體系總壓強增大
D.再充入1 mol CO和3 mol H₂
②為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件,某同學設計了三組實驗,部分實驗條件已經填在下面實驗表格中。
A.下表中剩余的實驗條件數據:a=　　　　;b=。 
B.根據反應Ⅱ的特點,下圖是在壓強分別為0.1 MPa和5 MPa下CO的轉化率隨溫度變化的曲線圖,請指明圖中的壓強p_x=　　　　MPa。 

實驗編號	T/℃	n(CO)/n(H2)	p/MPa
1	150	1/3	0.1
2	a	1/3	5
3	350	b	5

 

Answer 1

(1)①0.003 0 mol·L^-1·min^-1　②<　2.25×10^-4　③>
(2)①BD　②150　　0.1

解析(1)①v(H₂)=3v(CH₄)=×3="0.003" 0 mol·L^-1·min^-1;②依據反應式可知增大壓強平衡左移,轉化率減小,所以p₁<p₂;用“三部曲”可求出在100 ℃壓強為p₁時平衡時各物質的濃度分別為c(CH₄)="0.005" mol·L^-1、c(H₂O)="0.015" mol·L^-1、c(CO)="0.005" mol·L^-1、c(H₂)="0.015" mol·L^-1,K==2.25×10^-4;(2)①C選項相當于減壓、D選項相當于加壓;②設計實驗應該只有一個變量,實驗1、2壓強不同,溫度相同;實驗2、3溫度不同,其他相同;壓強越大轉化率越高,p_x的壓強小。