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8.甲醇被稱為2l世紀的新型燃料,工業(yè)上通過下列反應I和Ⅱ,用CH4和H2O為原料來制備甲醇.
(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入反應室(容積為100L),在一定條件下發(fā)生反應:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)…I,CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如圖1.
①已知100℃時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示的平均反應速率為0.003 mol•L-1•min-1
②圖中的P1<P2(填“<”、“>”或“=”),100℃時平衡常數(shù)為2.25×10-4
③在其它條件不變時降低溫度,逆反應速率將減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”).
(2)壓強為0.1MPa條件下,a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)…Ⅱ.
④該反應的△H<0,△S<0(填“<”、“>”或“=”).
⑤若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是BD.
A.升高溫度  B.將CH3OH(g)從體系中分離出來C.充入He,使體系總壓強增大    D.再充入l mol CO和3mol H2
⑥為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件,某同學設計了三組實驗,部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設計的表中.
實驗編號T(℃)n (C)/n P(MPa)
150130.1
150135
350135
A.請在上表空格中填入剩余的實驗條件數(shù)據(jù).
B.根據(jù)反應Ⅱ的特點,在給出的坐標圖中,畫出其在0.1MPa和5MPa條件下CO的轉化率隨溫度變化的趨勢曲線示意圖2,并標明各條曲線的壓強.

分析 (1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容積固定為100L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應I,由圖象可知100℃甲烷轉化率為50%,故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol,則:
            CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0     2.0         0      0
變化量(mol):0.5     0.5         0.5    1.5
平衡量(mol):0.5     1.5         0.5    1.5
①根據(jù)v=ct計算用H2表示的平均反應速率;
②相同溫度時,增大壓強平衡逆向移動,甲烷的轉化率減��;根據(jù)K=cCO×c3H2cCH4×cH2O計算平衡常數(shù);
③在其它條件不變時降低溫度,正逆反應速率都減��;
(2)④正反應氣體物質的量減小,混亂度減小,即為熵減的反應,在催化劑作用下能自發(fā)反應,說明正反應為焓減的放熱反應;
⑤A.正反應為放熱反應,升高溫度平衡逆向移動;
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來,平衡正向移動;
C.充入He,使體系總壓強增大,反應混合物各組分濃度不變,平衡不移動;
D.再充入l mol CO和3mol H2,反應物濃度增大,平衡正向移動,等效為增大壓強,反應物轉化率增大;
⑥目的是探究溫度、壓強的適宜條件,應采取控制變量法,I為對照實驗,Ⅱ與I的壓強不同,Ⅲ與I的溫度不同,其它條件應相同;
一定溫度下,增大壓強,平衡正向移動,平衡時CO的轉化率降低;壓強一定時,由于正反應為放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,CO的轉化率減小.

解答 解:(1)將1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容積固定為100L的反應室,在一定條件下發(fā)生反應I,由圖象可知100℃甲烷轉化率為50%,故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol,則:
             CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)
起始量(mol):1.0      2.0       0        0
變化量(mol):0.5      0.5       0.5      1.5
平衡量(mol):0.5      1.5       0.5      1.5
①H2表示的平均反應速率=1.5mol100L5min=0.003 mol•L-1•min-1,故答案為:0.003 mol•L-1•min-1
②相同溫度時,增大壓強平衡逆向移動,甲烷的轉化率減小,則P1<P2,
平衡濃度為c(CH4)=0.005mol/L,c(H2O)=0.015mol/L,c(CO)=0.005mol/L,c(H2)=0.015mol/L,平衡常數(shù)K=0.005×0.01530.005×0.015=2.25×10-4,
故答案為:2.25×10-4
③在其它條件不變時降低溫度,正逆反應速率都減小,故答案為:減�。�
(2)④正反應氣體物質的量減小,混亂度減小,則△S<0,在催化劑作用下能自發(fā)反應,說明正反應為焓減的放熱反應,即△H<0,
故選:<;<;
⑤A.正反應為放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,甲醇產(chǎn)率減小,故A正確;
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來,平衡正向移動,甲醇產(chǎn)率增大,故B正確;
C.充入He,使體系總壓強增大,反應混合物各組分濃度不變,平衡不移動,甲醇產(chǎn)率不變,故C錯誤;
D.再充入l mol CO和3mol H2,反應物濃度增大,平衡正向移動,等效為增大壓強,反應物轉化率增大,則甲醇產(chǎn)率增大,故D正確;
⑥目的是探究溫度、壓強的適宜條件,應采取控制變量法,I為對照實驗,Ⅱ與I的壓強不同,Ⅲ與I的溫度不同,其它條件應相同,故實驗I溫度為150℃,n(C)=13,實驗Ⅲ中n(C)=13
一定溫度下,增大壓強,平衡正向移動,平衡時CO的轉化率降低;壓強一定時,由于正反應為放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,CO的轉化率減小,0.1MPa和5MPa條件下CO的轉化率隨溫度變化的趨勢曲線示意圖為:,
故答案為:

實驗編號T(℃)n�。–)/n P(MPa)
15013
13
;

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡常數(shù)、探究外界條件對平衡的影響等,注意利用控制變量法分析探究外界條件對平衡影響,難度中等.

練習冊系列答案
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②上述反應按照相同的物質的量投料,測得SO2在不同溫度下的平衡轉化率a%與壓強的關系如圖1所示.下列說法正確的是ABCD(填序號).
A.溫度:T3>T2>T1
B.正反應速率:v(c)>v(a),v(b)>v(d)
C.平衡常數(shù):K(a)>k(c),K(b)=K(d)
D.平均摩爾質量:M(a)>M(c),M(b)>M(d)
③上述反應達平衡后,保持溫度和容器的壓強不變,若再通入一定量SO3(g),則SO2的體積分數(shù)不變(填“增大”、“減小”、“不變”).
(2)某人設想以如圖2所示裝置用電化學原理模擬生產(chǎn)硫酸:
①通入O2的電極是正極.
②寫出通入SO2的電極的電極反應式:SO2-2e-+2H2O=SO42-+4H+
③若此過程中轉移了0.2mol電子,則質子膜兩側電解液的質量變化差(△m左-△m右)為4.4g(忽略氣體的溶解).

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3.硫酸工業(yè)用SO2制取SO3的反應為:2SO2+O2 ?2SO3△H=-47kJ/mol.
(1)反應的平衡常數(shù)表達式K=c2SO3c2SO2×cO2
(2)下列描述中能說明上述反應已達到平衡的是bd(填序號)
a.v(O2=2v(SO3            
b.容器中氣體的平均分子量不隨時間而變化
c.容器中氣體的密度不隨時間而變化    
d.容器中氣體的分子總數(shù)不隨時間而變化
(3)在上述平衡體系中加入18O2,當平衡發(fā)生移動后,SO218O的百分含量增加(填增加、減少、不變)其原因是在SO218O2反應生成S18O3的同時,S18O3又分解生成S18O2
(4)一定溫度下,把2molSO2和1molO2通入一恒容密閉容器中,平衡時SO3的體積分數(shù)為x.保持溫度不變,若初始加入的SO2、O2和SO3的物質的量分別為a、b、c,當a、b、c的取值滿足①a+c=2(填a與c的關系)、②b+12c=1(填b、c的關系)時,才能保證達到平衡時SO3的體積分數(shù)仍為x.
(5)工業(yè)上用Na2SO3作為吸收液吸收尾氣中的SO2,當吸收液的pH降至約為6時,需送至電解槽再生.再生示意圖如圖:
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(4)固體產(chǎn)物中鐵元素存在形式的探究.  ①提出合理假設:
假設1:只有Fe;     假設2:只有FeO;    假設3:含有Fe和FeO
②設計實驗方案并實驗驗證
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步驟2:取少量上述不溶固體放人試管中,加入足量CuSO4溶液,充分振蕩.若固體無明顯變化,則假設2成立;若有暗紅色固體生成,則反應的離子方程式為Fe+Cu2+=Cu+Fe2+;.
步驟3:取步驟2所得暗紅色固體于試管中,滴加過量HCl,振蕩后靜置.若溶液基本無色,則假設1成立;若溶液呈淺綠色,則假設3成立.
(5)拓展與延伸
有資料介紹“在含F(xiàn)e2+的溶液中,先滴加少量新制飽和氯水,然后滴加KSCN溶液,溶液呈紅色;若再滴加過量氯水,卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去”.假設溶液中的+3價鐵還能被氯水氧化為更高價的FeO42-,試寫出該反應的離子方程式2Fe3++8H2O+3Cl2=2FeO42-+16H++6Cl-

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17.進行過濾操作應選用的一組儀器是( �。�
A.燒杯、酒精燈、試管、鐵架臺(鐵圈)、漏斗
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C.濾紙、燒杯、試管夾、漏斗、玻璃棒
D.濾紙、試管、漏斗、鐵架臺(鐵圈)、玻璃棒

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A.硫酸溶液的體積為20mL
B.b時刻溶液中SO24的濃度約為0.083mol•L-1
C.d時刻溶液的pH為12
D.反應的離子反應方程式為Ba2++SO4-+2H++2OH-═BaSO4↓+2H2O

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