Question

甲醇被稱為2l世紀(jì)的新型燃料，工業(yè)上通過下列反應(yīng)①和反應(yīng)②，用CH₄和H₂O為原料來制備甲醇（CH₃OH）．
①CH₄（g）+H₂O（g）  CO（g）+3H₂（g）△H₁
②CO（g）+2H₂（g）  CH₃OH（g）△H₂
將0.20mol CH₄和0.30mol H₂O（g）通入容積為10L的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生①反應(yīng)，達(dá)到平衡時，CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖．
（1）溫度不變，縮小體積，增大壓強，①的反應(yīng)速率

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”），平衡向

逆反應(yīng)

方向移動．
（2）反應(yīng)①的△H₁

＞

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
（3）如果反應(yīng)①達(dá)到平衡時所用的時間為2min，求CH₄的反應(yīng)速率及化學(xué)平衡常數(shù)的值．（寫出計算過程）．
（4）在100℃壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與 3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下進(jìn)行②反應(yīng)，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(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)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

分析：（1）溫度不變，縮小體積增大壓強，反應(yīng)速率增大，平衡向氣體體積減小的方向移動；
（2）采取控制變量法分析，由圖可知壓強相同時，到達(dá)平衡時，溫度越高CH₄的轉(zhuǎn)化率越大，升高溫度平衡向正反應(yīng)移動；
（3）由100℃平衡CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5可知，消耗CH₄0.01mol，計算CH₄的濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₄），利用三段式計算平衡時各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計算；
（4）該同學(xué)通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其它條件不變，據(jù)此解答．

解答：解：（1）溫度不變，縮小體積增大壓強，反應(yīng)速率增大，平衡向氣體體積減小的方向移動，即反應(yīng)①向逆反應(yīng)移動，
故答案為：增大；逆反應(yīng)；
（2）采取控制變量法分析，由圖可知壓強相同時，到達(dá)平衡時，溫度越高CH₄的轉(zhuǎn)化率越大，升高溫度平衡向正反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0，
故答案為：＞；
（3）由100℃平衡CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5可知，消耗CH₄為0.2mol×0.5=0.1mol，平衡時甲烷的濃度變化量為

0.1mol

10L

=0.01mol/L，故v（CH₄）=

0.01mol/L

2min

=0.005mol/（L?min）；
平衡時甲烷的濃度變化量為

0.1mol

10L

=0.01mol/L，則：
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：0.02      0.03    0       0
變化（mol/L）：0.01      0.01    0.01    0.03
平衡（mol/L）：0.01      0.02    0.01    0.03
故100℃時平衡常數(shù)k=

0.033  ×0.01

0.02×0.01

=1.35×10^-3，
答：CH₄的反應(yīng)速率為0.005mol/（L?min）；100℃時平衡常數(shù)化學(xué)平衡常數(shù)的值為1.35×10^-3；
（4）通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其它條件不變，由此可得：Ⅱ中溫度為150℃，n （CO）/n（H₂）為

1

3

，Ⅲ中n （CO）/n（H₂）為

1

3

，
故答案為：

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

．

點評：本題考查化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算、化學(xué)平衡的影響因素等，難度中等，（4）中注意通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響．