Question

【題目】甲醇被稱為2l世紀的新型燃料，工業(yè)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) ΔH1

② CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2

將0.20mol CH4(g)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(fā)生反應①，達到平衡時，CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖。

（1）溫度不變，縮小體積，增大壓強，①的反應速率 ______（填“增大”、“減小”或“不變”），平衡向 ___方向移動。

（2）溫度升高，反應①的ΔH1 0（填“<”、“=”或“>”），其平衡常數(shù)表達式為K= ，100℃時的平衡常數(shù)值是 ______。

（3）在壓強為0.1 MPa條件下, 將a mol CO與 3 a mol H2的混合氣體在催化劑作用下進行反應②生成甲醇。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(jīng)填在下面實驗設計表中。請在下表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù)。

實驗編號	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
I	150	1/3	0.1
II			5
III	350		5

Answer 1

【答案】（1）增大，逆反應方向或左；

（2）＞，，K=[c(CO)×c3(H2)]/[c(CH4)×c(H2O)]，1.35×10－3；

（3）

實驗編號	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
I
II	150	1/3
III		1/3

【解析】

試題分析：（1）增大壓強，反應速率增大，根據(jù)勒夏特列原理，增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向逆反應反應進行；

（2）根據(jù)圖像，隨著溫度的升高，CH4的轉(zhuǎn)化率升高，根據(jù)勒夏特列原理，正反應方向為吸熱反應，△H>0；根據(jù)化學平衡常數(shù)的定義，K = [c(CO)×c3(H2)]/[c(CH4)×c(H2O)]，根據(jù)轉(zhuǎn)化率，推出達到平衡時各組分的濃度：c(CO) = 0.5×0.2/10mol·L－1 = 0.01mol·L－1，c(H2) = 3c(CO) = 0.03mol·L－1，c(CH4) = (0.2－0.2×0.5)/10mol·L－1 = 0.01 mol·L－1，c(H2O) = (0.3－0.5×0.2)/10mol·L－1 = 0.02mol·L－1，代入化學平衡常數(shù)表達式，則K = 1.35×10－3；

（3）研究某一因素對化學反應速率或化學平衡移動因素時，要求其他條件不變，I和II壓強不同，其他條件相同，II、III溫度不同，其他條件相同，因此表格的數(shù)據(jù)：

實驗編號	T(℃)	n (CO)/n(H2)	P(MPa)
I
II	150	1/3
III		1/3