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I：①

②

方法Ⅱ：③ _______kJ/mol

（2）在密閉容器中充入2 mol CH4 (g)和1 molO2 (g)，在不同條件下進行反應：。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”）；P1__P2（填“>"、“<”或“=”）；

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 (CH3 OH) =1mol，總壓強為2.5MPa，則To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 > (N)>(F)>(E) c 2MPa-1 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）根據蓋斯定律，目標反應為[①+②]2，以此計算的反應熱；

（2）①此反應的正反應是氣體分子數減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動；

②E、F點對應的溫度相同；F、N點對應的壓強相同；

③a．選擇高效催化劑，只能加快反應速率，不能使平衡發生移動；

b．增大投料比，能提高O2轉化率，CH4平衡轉化率降低；

c．及時分離產物，平衡向正反應方向移動，轉化率增大；

④列出三段式，找出各組分的平衡分壓，代入平衡常數計算公式計算；

（3）①溫度升高反應速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強，使產率增大；

②該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，CH3OH產率降低。

（1）①CH4（g）+O2（g）CO（g）+2H2（g）△H=-35.4kJmol-1
②CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=-90.1kJmol-1
根據蓋斯定律，[①+②]2得：2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（g） △H=[(-35.4kJ/mol)+（-90.1kJ/mol）]2=-251.0 kJ/mol；
因此，本題正確答案是：-251.0 ；

（2）①由反應式2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)可知，此反應的正反應是氣體分子數減小的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動。由圖像可知，在相同壓強下，隨著溫度升高，CH3OH(g)的物質的量減小，在相同溫度下，P2到P1，CH3OH(g)的物質的量增大，說明平衡向正反應方向移動，即P1> P2。

因此，本題正確答案是：減小；>；

②E、F點對應的溫度相同，但F點對應的壓強較大，反應速率較大；F、N點對應的壓強相同，但N點對應的溫度較高，反應速率較大。故化學反應速率由大到小的順序為(N)>(F)>(E)，

因此，本題正確答案是：(N)>(F)>(E)；

③a．選擇高效催化劑，只能加快反應速率，不能使平衡發生移動，不能提高CH4平衡轉化率；

b．增大投料比，能提高O2轉化率，CH4平衡轉化率降低；

c．及時分離產物，平衡向正反應方向移動，轉化率增大；

因此，本題正確答案是：c；

④若F點，n (CH3 OH) =1mol，總壓強為2.5MPa，

2CH4 (g)+O2(g)2CH3OH(g)

起始量（mol） 2 1 0

轉化量（mol） 1 0.5 1

平衡量（mol） 1 0.5 1

CH4 、O2和CH3OH的平衡分壓分別為2.5MPa、2.5MPa、2.5MPa，即1 MPa、0.5MPa、1MPa，

則平衡常數Kp==2MPa-1，

因此，本題正確答案是：2MPa-1；

（3）①溫度升高反應速率加快，且在此溫度下催化劑活性增強，使產率增大；

②該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，CH3OH產率降低。

因此，本題正確答案是：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。