Question

二甲醚（CH₃OCH₃）以其優(yōu)良的性質，被稱為21世紀的新型“清潔能源”，在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用．工業(yè)上以C0和H₂為原料生產CH₃0CH₃的新工藝主要發(fā)生三個反應：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-91KJ?mol^-1
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-24KJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41KJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）寫出新工藝的總反應的熱化學方程式：

 

，平衡常數(shù)表達式K=

 

．
（2）一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是

 

（填字母代號）．
a．低溫高壓   b．加入催化劑    c．減少CO₂的濃度  d．增加CO的濃度
（3）在某溫度下，2L密閉容器中發(fā)生反應①，起始時CO、H₂的物質的量分別為2mol和6mol，3min后達到平衡，測得CO的轉化率為60%，則3min內CO的平均反應速率為

 

．若同樣條件下起始時CO的物質的量為4mol，達到平衡后CH₃OH為2.4mol，則起始時H₂的物質的量為：

 

．
（4）某溫度下在2L恒容密閉容器中加入CH₃OH發(fā)生反應②，測得有關數(shù)據(jù)如下：

反應時間/min	0	1	2	3	4
c（CH3OH）/mol?L-1	0.51	0.2	0.1	0.01	0.01

則此反應在該溫度下的平衡常數(shù)為

 

，若再向容器分別加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃ 1.0mol，此時該反應v_正反應

 

v_逆反應（填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）為了尋找合適的反應溫度，研究者進行了一系列試驗，每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變，試驗結果CO轉化率隨溫度變化的規(guī)律如圖試解釋原因是：

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學平衡的影響因素,化學平衡的調控作用

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算△H；平衡常數(shù)指產物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）要提高CO的轉化率，應該不條件平衡正向進行方向判斷；
（3）依據(jù)化學平衡三段式列式計算，結合平衡常數(shù)計算 氫氣起始量；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，3分鐘后達到平衡狀態(tài)，計算出該反應的平衡常數(shù)；向容器分別加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol，重新計算出濃度商，與化學平衡常數(shù)對比，判斷平衡移動方向；
（5）由圖表可知，在較低溫時，反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，反應體系均已達到平衡，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減�。�

解答： 解：（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-91kJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-24kJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ?mol^-1，
平衡常數(shù)指產物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，所以K=

c(CH3OCH3)c(CO2)

c3(CO)c3(H2)

；
故答案為：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247KJ?mol^-1，

c(CH3OCH3)c(CO2)

c3(CO)c3(H2)

；
（2）一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以采取的措施應使平衡正向進行，3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247KJ?mol^-1；
a．反應是氣體體積減小的放熱反應，低溫高壓平衡正向進行，一氧化碳轉化率增大，故a正確；  
 b．加入催化劑 改變反應速率不改變化學平衡，一氧化碳轉化率不變，故b錯誤；   
c．減少CO₂的濃度，平衡正向進行，一氧化碳轉化率增大，故c正確；  
d．增加CO的濃度，平衡正向進行，一氧化碳轉化率減小，故d錯誤；
故答案為：ac；
（3）在某溫度下，2L密閉容器中發(fā)生反應①，起始時CO、H₂的物質的量分別為2mol和6mol，3min后達到平衡，測得CO的轉化率為60%，依據(jù)化學平衡三段式列式計算：
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   1        3          0        
變化量（mol/L）   0.6      0.6        0.2      
平衡量（mol/L）  0.4       2.4        0.2      
則3min內CO的平均反應速率=

0.6mol/L

3min

=0.2mol/L?min；
若同樣條件下起始時CO的物質的量為4mol，達到平衡后CH₃OH為2.4mol，設氫氣起始量ymol/L
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   2        y          0        
變化量（mol/L）  1.2       2.4        1.2     
平衡量（mol/L）  0.8      y-2.4        1.2     
依據(jù)化學平衡常數(shù)不變計算得到

1.2

0.8×(y-2.4)2

=

0.2

0.4×2．42

y=4.2mol/L；
氫氣物質的量為8.4mol
故答案為：0.2 mol?L^-1?min^-1，8.4 mol；
（4）根據(jù)反應方程式：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），
反應前c（CH₃OH）/mol?L^-1：0.51         0         0
3分鐘后達到平衡狀態(tài)濃度：0.01      0.25       0.25
平衡常數(shù)為：

0.25×0.25

0.012

=625，
再向容器分別加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol反應的濃度商為：

(1.0+0.25)×0.25

0.032

≈347.2＜625，平衡向著正向移動，正反應速率大于逆反應速率，
故答案為：625；＞；
（5）由圖表可知，溫度低于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而減小，
在較低溫時，各反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，各反應體系均已達到平衡，CO的轉化率主要受反應限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減小，
故答案為：在較低溫時，各反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，各反應體系均已達到平衡，CO的轉化率主要受反應限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減��；

點評：本題考查反應熱的計算、平衡移動、化學平衡常數(shù)等，難度中等，難點在于讀圖明白溫度為240℃時反應體系均已達到平衡．