Question

【題目】甲烷是最簡單的烴，是一種重要的化工原料。

(1)以甲烷為原料，有兩種方法合成甲醇：

方法Ι：①CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) △H1=-35.4kJ/mol

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H2 =-90.1kJ/mol

方法Ⅱ： ③2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(g) △H3 =______kJ/mol

(2)在密閉容器中充入2molCH4 (g) 和1molO2 (g)，在不同條件下反應：2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)。實驗測得平衡時甲醇的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖所示。

①P1時升高溫度，n(CH3OH)_______________（填“增大”、“減小”或“不變”）；

②E、F、N點對應的化學反應速率由大到小的順序為____________（用V(E)、V(F)、V(N)表示）；

③下列能提高CH4平衡轉化率的措施是_______________（填序號）

a.選擇高效催化劑 b.增大投料比 c.及時分離產物

④若F點n (CH3OH)=1mol，總壓強為2.5MPa,則T0時F點用分壓強代替濃度表示的平衡常數Kp=_____________________ ；

(3)使用新型催化劑進行反應2CH4(g)+O2 (g)2CH3OH(g)。隨溫度升高CH3OH的產率如圖所示。

①CH3OH的產率在T1至T2時很快增大的原因是______________；

②T2后CH3OH產率降低的原因可能是__________________。

Answer 1

【答案】-251.0 減小 V(N)>V(F)>V(E) c 2MPa- l 溫度升高反應速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強 該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，CH3OH產率降低

【解析】

(1)①×2+②×2，整理可得相應的熱化學方程式；

(2)①在壓強不變時，根據溫度對甲醇的物質的量的影響分析；

②根據相同溫度時，壓強越大，速率越快；相同壓強時，溫度越高，速率越快分析；

③能提高CH4平衡轉化率，就是是平衡正向移動，根據平衡移動原理分析；

④根據物質的量的比等于壓強比，計算平衡時各種氣體的分壓，帶入平衡常數表達式可得Kp。

(3)①在T2以前，反應未達到平衡，溫度升高，化學反應速率加快；

②該反應的正反應為放熱反應，根據溫度對平衡移動的影響分析。

(1)根據蓋斯定律，將①×2+②×2，整理可得相應的熱化學方程式2CH4(g)＋O2(g)2CH3OH(g) △H3 =-251.0kJ/mol；

(2)①根據圖象可知：在壓強不變時，升高溫度，平衡時甲醇的物質的量減小；

②對于反應2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)，升高溫度，甲醇的平衡物質的量減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，逆反應為吸熱反應，則該反應的正反應為放熱反應；在溫度為T0時，F點甲醇的物質的量大于E點，說明平衡正向移動，由于該反應的正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，甲醇物質的量增大，所以壓強p1>p2，反應速率V(F)>V(E)；F、N兩點壓強相同，由于溫度N>F，升高溫度，化學反應速率加快，所以V(N)>V(F)，因此E、F、N三點的速率大小關系為：V(N)>V(F)>V(E)；

③a.催化劑不能使平衡發生移動，因此選擇高效催化劑對甲烷的平衡轉化率無影響，a錯誤；

b.增大投料比，相對于O2的濃度不變，增大甲烷的濃度，平衡正向移動，但平衡移動的趨勢是微弱的，總的來說甲烷的轉化率降低，b錯誤；

c.及時分離產物，即降低生成物的濃度，平衡正向移動，甲烷的轉化率提高，c正確；

故合理選項是c；

④可逆反應2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(g)

n(開始)mol 2 1 0

n(變化)mol 1 0.5 1

n(開始)mol 1 0.5 1

n(總)=1mol+0.5mol+1mol=2.5mol，平衡分壓：Kp(CH4)==1Mpa；Kp(O2)==0.5Mpa；Kp(CH3OH)==1Mpa，所以該反應用平衡分壓表示的化學平衡常數Kp==2MPa-l；

(3)①根據圖象可知：在T2以前，反應未達到平衡，溫度升高，化學反應速率加快，更多的反應物變為生成物甲醇，且在此溫度下催化劑活性增強，因此甲醇的產率提高；

②該反應的正反應為放熱反應，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，因此甲醇的產率降低。