甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇。(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室

甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇。(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室

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甲醇被称为21世纪的新型燃料,工业上通过下列反应Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O为原料来制备甲醇。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为100 L),在一定条件下发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)……Ⅰ,CH4的转化率与温度、压强的关系如图所示。

①已知100°C时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示的平均反应速率为________。
②图中的p1________p2(填“<”“>”或“=”),100°C时平衡常数为________。
③在其他条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在压强为0.1 MPa条件下,a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)……Ⅱ。
④该反应的ΔH________0,ΔS________0(填“<”“>”或“=”)。
⑤若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是________。
A.升高温度
B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
D.再充入1 mol CO和3 mol H2
⑥为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中。请在下表空格中填入剩余的实验条件数据。
实验编号
T(°C)
n(CO)/n(H2)
p(MPa)

150
½ 
0.1

________
________
5

350
________
5
 
答案
(1)①0.0030 mol·L-1·min-1 ②< 2.25×10-4 ③减小 (2)④< < ⑤B、D

实验编号
T(°C)
n(CO)/n(H2)
p(MPa)

 
 
 

150
1/3
 

 
1/3
 
 
解析
(1)在100°C时,CH4的转化率为0.5,则有
   CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始:  1.0 mol  2.0 mol  0  0
变化:  0.5 mol  0.5 mol  0.5 mol  1.5 mol
平衡:  0.5 mol  1.5 mol  0.5 mol  1.5 mol
v(H2)=(1.5 mol/100 L)/5 min=0.0030 mol/(L·min)。
K=[c(CO)×c3(H2)]/[c(CH4)×c(H2O)]=0.005×0.0153/(0.005×0.015)=2.25×104
在其他条件不变的情况下降低温度,正逆化学反应速率都减小。
(2)④因反应自发进行,故ΔG=ΔH-TΔS<0,ΔH<0,反应前后分子数减小,故ΔS<0。⑤由于ΔH<0,则升高温度,平衡逆向移动,甲醇产率降低,A不合题意;将CH3OH(g)从体系中分离出来,平衡正向移动,甲醇产率增加,B符合题意;充入He,使体系总压强增大,但各物质的浓度不变,平衡不移动,C不合题意;再充入1 mol CO和3 mol H2,相当于增大反应物浓度,平衡正向移动,D符合题意。⑥显然该同学通过“控制变量法”探究温度、压强对化学平衡的影响,探究的前提只能是改变一个条件,而其他条件不变,故实验ⅱ的温度是150°C,n(CO)/n(H2)=1/3,同样实验ⅲ中n(CO)/n(H2)=1/3。
举一反三
一定温度下,在2 L密闭容器中发生下列反应:4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g);已知该反应的平衡常数:K300 >K350 ,且n(NO2)(单位:mol)随时间变化如下表:
时间(s)
0
500
1000
1500
t1
20
13.96
10.08
10.08
t2
20
a
b
c
 
下列说法一定正确的是(  )
A.正反应为吸热反应
B.如果t2℃<t1℃,那么a>b=c,且a=10+0.5b
C.如果t2℃<t1℃,那么t2℃达到平衡的时间介于1 000 s至1 500 s之间
D.如果t2℃>t1℃,那么b>10.08
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溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)
=0.100 mol/L、c(B)=0.200 mol/L及c(C)=0 mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如图所示。

请回答下列问题:
(1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是:
                                                                    
                                                                   
(2)实验②平衡时B的转化率为       ;实验③平衡时C的浓度为       
(3)该反应的ΔH       0,其判断理由是                                   
(4)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率:
实验②:v(B)=                                                         
实验③:v(C)=                                                           
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可逆反应A(?)+aB(g) C(g)+D(g),其中a为正整数。反应过程中,当其他条件不
变时,C的百分含量(C%)与温度(T)和压强(p)的关系如图所示。试回答下列问题:

(1)化学方程式中a=     ,反应物A的状态是    
(2)该反应的焓变值ΔH       (填“>”或“<”)0,在不改变其他条件的情况下增加B的物质的量,平衡       (填“正”或“逆”)向移动,平衡常数K       (填“增大”、“减小”或“不变”)。
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在一个体积为2 L的密闭容器中,高温下发生反应:Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g)。其中CO2、CO的物质的量(mol)随时间(min)的变化关系如图所示。

(1)反应在1 min时第一次达到平衡状态,固体的质量增加了3.2 g。用CO2的浓度变化表示的反应速率v(CO2)=________。
(2)反应进行至2 min时,若只改变温度,曲线发生的变化如图所示,3 min时再次达到平衡,则ΔH________0(填“>”、“<”或“=”)。
(3)5 min时再充入一定量的CO(g),平衡发生移动。下列说法正确的是________(填写编号)。
a.v先增大后减小  b.v先减小后增大
c.v先增大后减小  d.v先减小后增大
表示n(CO2)变化的曲线是________(填写图中曲线的字母编号)。
(4)请用固态物质的有关物理量来说明该反应已经达到化学平衡状态:_____________。
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在溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)=0.100 mol/L、c(B)=0.200 mol/L及c(C)=0 mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。

请回答下列问题:
(1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是:
②______________________________________________;
③______________________________________________;
(2)实验②平衡时B的转化率为________;实验③平衡时C的浓度为________________;
(3)该反应的ΔH________0,其判断理由是_________________________________;
(4)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率:
实验②:vB=________;
实验③:vC=________。
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