Question

甲醇和水蒸气制取H₂ 的反应如下：

反应Ⅰ(主)：CH₃OH(g)+H₂O(g)CO₂(g)+3H₂(g)    △H₁=+49 kJ/mol

反应Ⅱ(副)：H₂(g)+CO₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂

反应Ⅲ：CH₃OH(g) CO(g)+2H₂(g)    △H₃=+90kJ/mol

(1)△H₂=_________(填选项序号)。

(2)下列有关反应Ⅰ的说法不正确的是________。

a.恒温、恒压条件下，在反应体系中充入He，平衡不移动

b.恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化反应达到平衡

c.反应达平衡时，H₂的消耗速率是CO₂ 的消耗速率的3 倍

d.温度不变，减小压强，逆反应速率减小，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动

(3)在一体积不变的密闭容器中，充入2.0 mol CH₃OH(g)和1.0molH₂O(g)，达平衡后，再加入1.0mol CH₃OH(g)和0.5mol H₂O(g)，在相同温度下，再达平衡时，甲醇的转化率______(填“增大”“ 减小”或“不变”)。

(4)催化剂不仅可以改变化学反应速率，还有一种特性叫“催化剂的选择性”。下图为某催化剂作用下，CH₃OH 转化率、CO生成率与温度的变化关系。

①随着温度的升高，CO的实际反应生成率与平衡状态生成率相差较大的原因是催化剂对_____________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)的选择性低。

②随着温度的升高，CH₃OH 实际反应转化率不断接近平衡状态转化率的原因是___________。

③写出一条能提高CH₃OH转化率而降低CO生成率的措施_______________。

(5)250℃，一定压强和催化剂条件下，在1L的容器中1.00mol CH₃OH 和1.32 mol H₂O充分反应(忽略反应Ⅲ)，平衡时测得H₂ 为2.70mol，CO为0.030mol，H₂O为0.44mol，列式计算反应Ⅱ的平衡常数K=___________(结果保留两位有效数字)。

Answer

+41kJ·mol-1 ad 减小 反应Ⅱ 升温反应速率加快 其他条件不变，提高的比例(或其他条件不变，选择更合适的催化剂) K=5.6×10-3

【解析】(1) 根据盖斯定律可知：反应Ⅰ-反应Ⅲ，得到CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)，△H=△H1- △H3=-41 kJ/mol，所以H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)  △H2=+41 kJ/mol；正确答案：+41kJ·mol-1 。

(2)恒温、恒压条件下，在反应体系中充入He，容器的体积变大，压强减小，平衡向正反应反向移动，a错误；恒温、恒容条件下，气体的压强之比和气体的物资的量成正比，由于该反应为气体总量增大的反应，所以当器内的压强不发生变化反应达到平衡状态，b正确；根据速率之比和物质前面的系数成正比可知 反应达平衡时，H2的消耗速率（逆反应速率）是CO2 的消耗速率（逆反应速率）的3倍，c正确；温度不变，减小压强，逆反应速率减小，正反应速率减小，但是正反应速率减少的慢，所以平衡向正反应方向移动，d错误；正确选项ad。

(3)已知 CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)反应，当温度体积不变时，充入2.0molCH3OH(g)和1.0molH2O(g)，达平衡后，再加入1.0mol CH3OH(g)和0.5molH2O(g)，同比例增大反应物浓度，相当于加压的过程，平衡左移，甲醇的转化率减小；正确答案：减小。

(4)①工业生产中，一般不会等待反应达到平衡后再进行下一道工序，多数都是进行一段时间的反应就将体系取出，所以一般来说，反应的速度越快，取出的体系就越接近应该达到的平衡态。随着反应温度的升高，速度加快，但是CO的生产率并没有接近反应的平衡态，说明该反应使用的催化剂对于反应Ⅱ几乎没有加速作用；正确答案：反应Ⅱ。

②两个反应均为吸热反应，随着温度的升高，反应的速率逐渐增大，CH3OH实际反应转化率不断接近平衡状态转化率；正确答案：升温反应速率加快。

③加入水蒸气，可以调高甲醇的转化率，同时使反应Ⅱ的平衡向逆反应方向移动，从而降低了CO的生成率。加入更合适的催化剂，最好只催化反应Ⅰ，不催化反应Ⅱ，这样也能达到目的；正确答案：其他条件不变，提高的比例(或其他条件不变，选择更合适的催化剂)。

(5)达平衡时CO有0.03mol，根据反应Ⅱ得到参与反应的氢气为0.03mol，所以反应Ⅰ生成的氢气为2.73mol（平衡剩余氢气2.7mol），根据反应Ⅰ，消耗的甲醇为0.91mol，所以甲醇转化率为91%。根据反应Ⅰ的数据，消耗的水为0.91mol，生成的CO2为0.91mol，则剩余1.32-0.91=0.41mol水，在反应Ⅱ中应该消耗0.03molCO2，生成0.03molCO和0.03mol水，所以达平衡时，水为0.41+0.03=0.44mol，CO2为0.91-0.03=0.88mol。所以反应Ⅱ的平衡常数为（设容器体积为V）；正确答案：K=5.6×10-3。