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    甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O 为原料，通过反应I和Ⅱ来制备甲醇。

    ⑴将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通人反应室(容积为100L)，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、压强的关系如右图所示。

    ①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为                   。

    ②图中的P1_       P2(填“<”、“>”或“=”),100℃时平衡常数为           。

    ③该反应的△H         0(填“<”、“>”或“=”)。

    (2)在一定条件下，将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)   △H<0  ……Ⅱ

    ④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．充人He，使体系总压强增大    D．再充人lmol CO和3 mol H2

    ⑤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。

    A．下表中剩余的实验条件数据:  a=_     ；b=_         。

    实验编号

    T（℃）

    n(CO)／n(H2)

    P(Mpa)

    1

    150

    1／3

    0.1

    2

    a

    1／3

    5

    3

    350

    b

    5

    B．根据反应Ⅱ的特点，右下图是在压强分别为0.1 MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强Px =           Mpa。

     

     

    【答案】

    （14分）（1）①0.0030mol/(L·min) （2分） ②＜ （2分）

    2.25×10－4(mol/L)2（2分，不写单位不扣分，单位写错扣1分） ③＞（2分）

    （2）④BD（2分） ⑤A.a＝150，b＝（各1分，共2分） B.0.1（2分）

    【解析】

    试题分析：（1）①由图像可知，平衡时甲烷的转化率为0.5，所以甲烷的物质的量减少了1.5mol×0.5＝0.5mol，则△c(CH4)＝0.5mol÷100L＝0.005mol/L，所以v(CH4)＝0.005mol/L÷5min＝0.001mol/（L•min）。速率之比等于化学计量数之比，所以v(H2)＝3v(CH4)＝3×0.001mol/（L•min）=0.003mol/（L•min）。

    ②温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为P1的CH4的转化率高，反应为前后体积增大的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向逆反应移动，CH4的转化率降低，所以P1＜P2。则

                            CH4（g）＋ H2O（g）CO（g）＋ 3H2（g）

    起始浓度（mol/L）  0.010     0.020           0          0

    转化浓度（mol/L）  0.005     0.005          0.005     0.015

    平衡浓度（mol/L）  0.005     0.015          0.005     0.015

    所以平衡常数K＝=＝2.25×10-4。

    ③由图可知，温度越高甲烷的转化率越大，即升高温度平衡向正反应方向移，温度升高平衡向吸热方向移动，所以正反应为吸热反应，即△H＞0。

    （2）④A、该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向移动，即向逆反应方向移动，甲醇的产率降低，故A错误；B、将CH3OH（g）从体系中分离，产物的浓度降低，平衡向正反应移动，甲醇的产率增加，故B错误；C、充入He，使体系总压强增大，容器容积不变，反应混合物各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，故C错误；D、再充入1molCO和3molH2，可等效为压强增大，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，甲醇的产率增加，故D正确，答案选BD。

    ⑤A、采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以温度、压强是变化的，应保持不变，所以b＝；比较实验1、2可知，压强不同，所以温度应相同，故a＝150。

    B、温度相同时，作垂直x轴的辅助线，发现压强为Py的CO的转化率高，反应为前后体积减小的反应，压强增大平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，所以Px＜Py，因此压强Px＝0.1Mpa。

    考点：考查反应速率、平衡常数的计算；外界条件对平衡状态的影响以及图像识别等

     

    练习册系列答案
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    科目：高中化学 来源： 题型：

    （2013?江西模拟）甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O为原料，通过下述反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇．
    （1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入反应室（容积为100L），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．
    ①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为
    0.003mol/（L?min）
    0.003mol/（L?min）
    ．
    ②图中的P1
    ＜
    ＜
    P2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时平衡常数为
    2.25×10-4
    2.25×10-4
    ．
    ③该反应的△H
    ＞
    ＞
    0（填“＜”、“＞”或“=”）．
    （2）在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与3amol 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）△H＜0
    Ⅱ．
    ①若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
    BD
    BD
    ．
    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1mol CO和3mol H2
    ②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．
    实验编号 T（℃） n（CO）/n（H2） p（MPa）
    l 150
    1
    3
    		 0.1
    2 n
    1
    3
    		 5
    3 350 m 5
    A．则上表中剩余的实验条件数据：a=
    150
    150
    、b=
    1
    3
    1
    3
    ．
    B．根据反应Ⅱ的特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强Px=
    0.1
    0.1
    MPa．

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    科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

    甲醇是一种很好的燃料，被称为21世纪的新型燃料．
    工业上可通过H2和CO化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：
    CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）△H1=-116kJ?molˉ1
    （1）已知：CO（g）+
    1
    2
    O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ?molˉ1
               H2（g）+
    1
    2
    O2（g）=H2O （g）△H3=-242kJ?molˉ1
    1mol甲醇燃烧生成CO2和水蒸气放出
    651
    651
    kJ的热量．
    （2）在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下在VL容器中制备甲醇．
    ①若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
    BD
    BD
    ．
    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1mol CO和3mol H2
    ②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．
    实验编号 T（℃） n（CO）/n（H2） P（MPa）
    1 150 1/3 0.1
    2 a 1/3 5
    3 350 b 5
    A．则上表中剩余的实验条件数据：a=
    150
    150
    、b=
    1/3
    1/3
    ．
    B．根据反应特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强P1=
    0.1
    0.1
    MPa．
    ③100℃时，CH3OH（g） CO（g）+2H2（g）反应的平衡常数为
    4a2
    V2
    4a2
    V2

    （用含a、V的代数式表示）．
    （3）科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，而甲醇燃料电池具备甲醇燃料容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源．右图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型．写出其电极反应式
    正极：
    3O2+12e-+12H+→6H2O
    3O2+12e-+12H+→6H2O

    负极：
    2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2
    2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2
    ．

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    科目：高中化学 来源： 题型：

    甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O（g）为原料，通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇．请回答下列问题：
    （1）将1.0mol CH4和2.0mol H2O（g）通入反应室（容积为100L）中，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1所示．
    ①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为
    0.0030mol?L-1?min-1
    0.0030mol?L-1?min-1
    ．
    ②图中的p1
    ＜
    ＜
    p2（填“＜”、“＞”或“=”），100℃时的平衡常数为
    2.25×10-4
    2.25×10-4
    ．
    ③该反应的△H
    ＞
    ＞
    0，△S
    ＞
    ＞
    0（填“＜”、“＞”或“=”）．
    （2）在压强为0.1MPa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）?△H＜0 （Ⅱ）
    ①若容器的容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是
    BD
    BD
    （填序号）．
    A．升高温度
    B．将CH3OH（g）从体系中分离出来
    C．恒容下充入He，使体系的总压强增大
    D．再充入a mol CO和3a mol H2
    ②为了寻找合成甲醇的适宜温度和压强，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在了下面的实验设计表中．
    实验编号 T（℃） n（CO）/n（H2） ρ（MPa）
    1 150
    1
    3
    		 0.1
    2 n
    1
    3
    		 5
    3 350 m 5
    a．表中剩余的实验数据：n=
    150
    150
    ，m=
    1
    3
    1
    3
    ．
    b．根据反应Ⅱ的特点，如图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线，请指明图2中的压强px=
    0.1
    0.1
    MPa．

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    科目：高中化学 来源： 题型：

    甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O为原料，通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇。

    ⑴将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室（容积为100L），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、压强的关系如上图。

    ①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为        。

    ②图中的P1     P2（填“<”、“>”或“=”），100℃时平衡常数为       。

    ③该反应的△H     0（填“<”、“>”或“=”）。

    ⑵在压强为0.1 MPa条件下，将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）；△H<0……Ⅱ。

    ④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1mol CO和3mol H2

    ⑤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。

           A．则上表中剩余的实验条件数据：a=________、b=_______。

           B．根据反应Ⅱ的特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强Px=_________MPa。

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    科目：高中化学 来源：2011届宁夏银川一中高三上学期第五次月考（理综）化学部分 题型：填空题

    甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O为原料，通过反应Ⅰ和Ⅱ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100L），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、压强的关系如右图。

    ①已知100℃时达到平衡所需的时间为5min,则用H2表示的平均反应速率为       。
    ②图中的P1    P2（填“<”、“>”或“=”），100℃时平衡常数为       。
    ③该反应的△H    0(填“<”、“>”或“=”)。
    （2）在压强为0.1 MPa条件下, 将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)；△H<0……Ⅱ。
    ④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1mol CO和3mol H2
    ⑤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。
     
    A．则上表中剩余的实验条件数据:a="________ " b=_______
    B．根据反应Ⅱ的特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强Px=_________MPa。

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