Question

13．研究CO₂轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義．將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1）．
（1）已知一定壓強(qiáng)下，該反應(yīng)在溫度升高時(shí)，CH₃OCH₃（g）的濃度增大，則反應(yīng)的焓變△H＞0，熵變△S＜0（分別填“＞”、“＜”、或“=”）．
（2）相同條件下，在體積為2L的密閉容器內(nèi)選用不同的催化劑，生成物二甲醚CH₃OCH₃的量隨時(shí)間變化如圖所示．
①圖中0-4min內(nèi)的反應(yīng)速率v（CO₂）=1.25mol•（L•min）^-1．該溫度下平衡常數(shù)的表達(dá)式為$\frac{{c（C{H_3}OC{H_3}）}}{{{c^2}（C{O_2}）{c^6}（{H_2}）}}$．
②下列有關(guān)說法正確的是ABC（填字母序號(hào)）．
A．反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C）
B．升高溫度能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)榛罨�分子百分�(jǐn)?shù)增大
C．單位時(shí)間內(nèi)消耗CO₂與生成H₂的數(shù)目為2：1時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
D．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)K值增大
（3）溫度下，在體積可變的密閉容器中，改變起始時(shí)各物質(zhì)的起始投料量，在不同的壓強(qiáng)下，平衡時(shí)生成物二甲醚CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量如表所示：

序號(hào)	起始投料量不同的壓強(qiáng)下， 平衡CH3OCH3（g）的量不同的壓強(qiáng)	P1	P2	P3
I	2.0molCO2 6.0molH2	0.10mol	0.04mol	0.02mol
II	1.0molCO2 3.0molH2	X1	Y1	Z1
III	1.0mol CH3OCH3 3.0mol H2O	X2	Y2	Z2

①P₁＞P₂（填“＞”、“＜”或“=”）；判斷理由為壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而導(dǎo)致生成物的量增大．
②X₁=0.05mol．
③P₂下，III中CH₃OCH₃的平衡轉(zhuǎn)化率為96%．

Answer 1

分析 （1）2CO（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1），已知一定壓強(qiáng)下，該反應(yīng)在溫度升高時(shí)，CH₃OCH₃（g）的濃度增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，氣體物質(zhì)的量減小，熵變減小；
（2）①反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$；平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
②A．相同時(shí)間內(nèi)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低；
B．升溫反應(yīng)速率增大，活化分子數(shù)增多；
C．二氧化碳和氫氣反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比=1：3；
D．平衡常數(shù)只隨溫度變化；
（3）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行；
②某溫度下，在體積可變的密閉容器中起始時(shí)加入各物質(zhì)的量1.0mol CO₂，3.0molH₂ ，和I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比等比例減小，所以達(dá)到平衡狀態(tài)相同；
③1.0molCH₃OCH₃   3.0molH₂O和起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，據(jù)此列式計(jì)算．

解答 解：（1）2CO（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1），已知一定壓強(qiáng)下，該反應(yīng)在溫度升高時(shí)，CH₃OCH₃（g）的濃度增大，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H＞0，氣體物質(zhì)的量減小，熵變減小△S＜0，
故答案為：＞；＜；
（2）①圖中0-4min內(nèi)甲醚生成物質(zhì)的量5mol，消耗二氧化碳物質(zhì)的量10mol，二氧化碳的反應(yīng)速率v（CO₂）=$\frac{\frac{10mol}{2L}}{4min}$=1.25 mol•（L•min）^-1，2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1），反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{{c（C{H_3}OC{H_3}）}}{{{c^2}（C{O_2}）{c^6}（{H_2}）}}$，
故答案為：1.25 mol•（L•min）^-1；  $\frac{{c（C{H_3}OC{H_3}）}}{{{c^2}（C{O_2}）{c^6}（{H_2}）}}$；    
 ②A．相同時(shí)間內(nèi)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低，所以該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A正確；
B．升溫能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)樵龃罅嘶罨�分子�?shù)，而活化分子百分?jǐn)?shù)增大，故B正確；
C．單位時(shí)間內(nèi)消耗CO₂與生成H₂的數(shù)目為1：3時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，但平衡常數(shù)K值并不變，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB；
（3）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，從而導(dǎo)致生成物的量增大，圖表中平衡時(shí)CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量可知P₁＞P₂，
故答案為：＞；壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而導(dǎo)致生成物的量增大；
②某溫度下，在體積可變的密閉容器中起始時(shí)加入各物質(zhì)的量1.0mol CO₂，3.0molH₂ ，和I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比，等比例減小，體積縮小到一半和Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)相同，X₁=0.05mol
故答案為：0.05mol；  
 ③I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ ，P₂下平衡三行計(jì)算，
                      2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）  2                6                      0                     0
變化量（mol）  0.08            0.24               0.04                
平衡量（mol）  1.92            5.76               0.04
逆向進(jìn)行          2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）  0                0                    1                   3
變化量（mol）  1.92           5.76                0.96               
平衡量（mol）  1.92            5.76               0.04
P₂下Ⅲ中CH₃OCH₃的平衡轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.96mol}{1mol}$×100%=96%，
故答案為：96%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡計(jì)算、影響平衡的因素分析、平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，主要是圖象的理解應(yīng)用，題目難度中等．