${\rm 2CH_{4}(g)+O_{2}(g)=2CH_{3}OH(l)}\quad\Delta H=-329\rm \ kJ/mol$，该反应的正反应方向在                $\rm ($填“高温”或“低温”$\rm )$条件下更有利于其自发进行。

低温

${\rm 2CH_{4}(g)+O_{2}(g)=2CH_{3}OH(l)}\quad\Delta H=-329\rm \ kJ/mol$，该反应的正反应方向：$\Delta S\lt 0$，$\Delta H\lt 0$，则在低温条件下更有利于其自发进行。

已知大多数气体分子在催化剂表面的吸附过程是放热的。从反应速率的角度分析，通入$\rm CH_{4}$后将体系温度维持在$\rm 200\ ^\circ\rm C$的原因是                $\rm ($不考虑催化剂活性变化$\rm )$。

温度过低，反应速率降低；温度过高，反应物在催化剂表面的吸附量减少成为主因，也会导致反应速率减小

已知大多数气体分子在催化剂表面的吸附过程是放热的，所以温度过低，虽然有利于气体在催化剂表面的吸附，但对提高反应速率不利；温度过高，不利于气体在催化剂表面的吸附，但对提高反应速率有利。从反应速率的角度分析，通入$\rm CH_{4}$后将体系温度维持在$\rm 200\ ^\circ\rm C$的原因是：温度过低，反应速率降低；温度过高，反应物在催化剂表面的吸附量减少成为主因，也会导致反应速率减小；

Ⅱ．利用合成气$\rm CO$、$\rm H$₂制备甲醇，涉及的反应如下：

反应①：${\rm CO_{2}(g)+3H_{2}(g)=CH_{3}OH(g)+H_{2}O(g)}\quad\Delta H_{1}\lt 0$

反应②：${\rm CO_{2}(g)+H_{2}(g)=CO(g)+H_{2}O(g)}\quad\Delta H_{2}\gt 0$

在不同压强下，按照$n{\rm (CO_{2})}:n{\rm (H_{2})}=1:3$进行投料，在容器中发生反应①、②，平衡时，$\rm CO$和 $\rm CH_{3}OH$在含碳产物$\rm ($即 $\rm CH_{3}OH$和$\rm CO)$中物质的量分数及 $\rm CO_{2}$的转化率随温度的变化如下图所示。

判断图中压强。 $p_{1}$、$p_{2}$、$p_{3}$大到小的顺序为                。

$p_{1}\\gt p_{2}\\gt p_{3}$

反应①：${\rm CO_{2}(g)+3H_{2}(g)=CH_{3}OH(g) +H_{2}O(g)}\quad\Delta H_{1}\lt 0$

反应②：${\rm CO_{2}(g)+H_{2}(g)=CO(g)+H_{2}O(g)}\quad\Delta H_{2}\gt 0$

由于反应①的$\Delta H_{1}\lt 0$、反应②的$\Delta H_{2}\gt 0$，低温时有利于反应①，所以下降的曲线为$\rm CH_{3}OH(g)$的物质的量分数随温度变化的曲线，上升的曲线为$\rm CO(g)$的物质的量分数随温度变化的曲线。

对于反应①，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，$\rm CH_{3}OH(g)$的物质的量分数增大，则

图中压强$p_{1}$、$p_{2}$、$p_{3}$由大到小的顺序为$p_{1}\gt p_{2}\gt p_{3}$。

压强不变时，分析升温过程中$\rm CO_{2}$转化率变化的原因：                。

升高温度，反应①平衡逆向移动，反应②平衡正向移动。$\\rm 250\\ ^\\circ\\rm C$前，温度升高对反应①的影响是主要的，使$\\rm CO_{2}$的转化率降低，$\\rm 250\\ ^\\circ\\rm C$后，温度升高对反应②的影响是主要的，使$\\rm CO_{2}$的转化率升高

压强不变时，升高温度，反应①平衡逆向移动，反应②平衡正向移动，则升温过程中，$\rm CO_{2}$转化率变化的原因：升高温度，反应①平衡逆向移动，反应②平衡正向移动。$\rm 250\ ^\circ\rm C$前，温度升高对反应①的影响是主要的，使$\rm CO_{2}$的转化率降低，$\rm 250\ ^\circ\rm C$后，温度升高对反应②的影响是主要的，使$\rm CO_{2}$的转化率升高。

在某恒温恒容体系中，按起始$c{\rm (CO_{2})}=1\rm \ mol/L$、$c{\rm (H_{2})}=3\rm \ mol/L$进行实验，平衡时 $\rm CH_{3}OH$的物质的量分数为点$M$，此时$\rm (CO_{2}$转化率为$\rm 20\%$，则该条件下反应②正反应的平衡常数$K=$                  (保留一位有效数字$\rm )$。

$\\rm 0.01$

在某恒温恒容体系中，按起始$c{\rm (CO_{2})}=1\rm \ mol/L$、$c{\rm (H_{2})}=3\rm \ mol/L$进行实验，平衡时$\rm CH_{3}OH$和$\rm CO$的物质的量分数为点$M$，此时二者的物质的量分数都为$\rm 50\%$，$\rm CO_{2}$转化率为$\rm 20\%$，则参加反应$\rm CO_{2}$的物质的量为$\rm 1\ mol\times 20\%=0.2\ mol$。设反应①中参加反应$\rm CO_{2}$的物质的量为$x$，则反应②中参加反应$\rm CO_{2}$的物质的量为$(0.2-x)\ \rm mol$，由此可建立如下三段式：

$\rm \begin{matrix} {} & \rm C{{O}_{2}}(g) & + & \rm 3{{H}_{2}}(g) & \rightleftharpoons & \rm C{{H}_{3}}OH(g) & + & \rm {{H}_{2}}O(g) \\ 起始量\rm (mol/L) & 1 & {} & 3 & {} & 0 & {} & 0 \\ 变化量\rm (mol/L) & x & {} & 3x & {} & x & {} & x \\ 平衡量\rm (mol/L) & 0.8 & {} & 2.8-2x & {} & x & {} & 0.2 \\ \end{matrix}$

$\rm \begin{matrix} {} & \rm C{{O}_{2}}(g) & + & \rm {{H}_{2}}(g) & \rightleftharpoons & \rm CO(g) & + & \rm {{H}_{2}}O(g) \\ 起始量\rm (mol/L) & 1 & {} & 3 & {} & 0 & {} & 0 \\ 变化量(mol/L) & 0.2-x & {} & 0.2-x & {} & 0.2-x & {} & 0.2-x \\ 平衡量\rm (mol/L) & 0.8 & {} & 2.8-2x & {} & 0.2-x & {} & 0.2 \\ \end{matrix}$

$x=0.2-x$，$x=0.1\rm \ mol$，则该条件下反应②正反应的平衡常数$K=\dfrac{c{\rm (CO)}\cdot c{\rm ({{H}_{2}}O)}}{c{\rm (C{{O}_{2}})}\cdot c{\rm ({{H}_{2}})}}\rm =\dfrac{0.1\ mol/L\times 0.2\ mol/L}{0.8\ mol/L\times 2.6\ mol/L}\rm ≈0.01$。

Ⅲ．科学家设计如图所示装置$\rm ($串联光电催化反应池$\rm )$减少$\rm CO_{2}$排放并获取制备甲醇的原料$\rm CH_{4}$。

光催化电池中的半导体是在晶体硅中掺杂硼原子和磷原子实现的。$\rm p$型半导体也称为空穴型半导体，$\rm n$型半导体也称为电子型半导体。据此，推测 $\rm n$型半导体掺杂的是                $\rm ($填元素符号$\rm )$。

$\\rm P$

$\rm B$比$\rm Si$少$\rm 1$个价电子，二者结合后形成空穴，导致空穴导电；$\rm P$比$\rm Si$多$\rm 1$个价电子，二者结合后，多出$\rm 1$个自由电子，能提供电子导电。$\rm p$型半导体也称为空穴型半导体，$\rm n$型半导体也称为电子型半导体。据此，推测 $\rm n$型半导体掺杂的是$\rm P$。

产生 $\rm CH_{4}$的电极反应式为                。

$\\rm CO_{2}+8e^{-}+8H^{+}=CH_{4}+2H_{2}O$

从图中可以看出，在光阳极，$\rm H_{2}O$失电子生成$\rm O_{2}$等；在光阴极，$\rm CO_{2}$、$\rm H^{+}$得电子生成$\rm CH_{4}$等，则依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得出产生$\rm CH_{4}$的电极反应式为$\rm CO_{2}+8e^{-}+8H^{+}=CH_{4}+2H_{2}O$。