Question

二甲醚（CH₃OCH₃）以其优良的性质，被称为21世纪的新型“清洁能源”，在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用．工业上以C0和H₂为原料生产CH₃0CH₃的新工艺主要发生三个反应：
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
回答下列问题：
（1）写出新工艺的总反应的热化学方程式：

 

，平衡常数表达式K=

 

．
（2）一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

（填字母代号）．
a．低温高压   b．加入催化剂    c．减少CO₂的浓度  d．增加CO的浓度
（3）在某温度下，2L密闭容器中发生反应①，起始时CO、H₂的物质的量分别为2mol和6mol，3min后达到平衡，测得CO的转化率为60%，则3min内CO的平均反应速率为

 

．若同样条件下起始时CO的物质的量为4mol，达到平衡后CH₃OH为2.4mol，则起始时H₂的物质的量为：

 

．
（4）某温度下在2L恒容密闭容器中加入CH₃OH发生反应②，测得有关数据如下：

反应时间/min	0	1	2	3	4
c（CH3OH）/mol?L-1	0.51	0.2	0.1	0.01	0.01

则此反应在该温度下的平衡常数为

 

，若再向容器分别加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃ 1.0mol，此时该反应v_正反应

 

v_逆反应（填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）为了寻找合适的反应温度，研究者进行了一系列试验，每次试验保持原料气组成、压强、反应时间等因素不变，试验结果CO转化率随温度变化的规律如图试解释原因是：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡的调控作用

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律计算△H；平衡常数指产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值；
（2）要提高CO的转化率，应该不条件平衡正向进行方向判断；
（3）依据化学平衡三段式列式计算，结合平衡常数计算 氢气起始量；
（4）根据表中数据，3分钟后达到平衡状态，计算出该反应的平衡常数；向容器分别加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol，重新计算出浓度商，与化学平衡常数对比，判断平衡移动方向；
（5）由图表可知，在较低温时，反应体系均未达到平衡，CO的转化率主要受反应速率影响，随着温度的升高反应速率增大，CO的转化率也增大；在较高温时，反应体系均已达到平衡，随着温度的升高平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小．

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，
根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ?mol^-1，
平衡常数指产物浓度系数次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的乘积的比值，所以K=

c(CH3OCH3)c(CO2)

c3(CO)c3(H2)

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

c(CH3OCH3)c(CO2)

c3(CO)c3(H2)

；
（2）一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施应使平衡正向进行，3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247KJ?mol^-1；
a．反应是气体体积减小的放热反应，低温高压平衡正向进行，一氧化碳转化率增大，故a正确；  
 b．加入催化剂 改变反应速率不改变化学平衡，一氧化碳转化率不变，故b错误；   
c．减少CO₂的浓度，平衡正向进行，一氧化碳转化率增大，故c正确；  
d．增加CO的浓度，平衡正向进行，一氧化碳转化率减小，故d错误；
故答案为：ac；
（3）在某温度下，2L密闭容器中发生反应①，起始时CO、H₂的物质的量分别为2mol和6mol，3min后达到平衡，测得CO的转化率为60%，依据化学平衡三段式列式计算：
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   1        3          0        
变化量（mol/L）   0.6      0.6        0.2      
平衡量（mol/L）  0.4       2.4        0.2      
则3min内CO的平均反应速率=

0.6mol/L

3min

=0.2mol/L?min；
若同样条件下起始时CO的物质的量为4mol，达到平衡后CH₃OH为2.4mol，设氢气起始量ymol/L
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   2        y          0        
变化量（mol/L）  1.2       2.4        1.2     
平衡量（mol/L）  0.8      y-2.4        1.2     
依据化学平衡常数不变计算得到

1.2

0.8×(y-2.4)2

=

0.2

0.4×2．42

y=4.2mol/L；
氢气物质的量为8.4mol
故答案为：0.2 mol?L^-1?min^-1，8.4 mol；
（4）根据反应方程式：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），
反应前c（CH₃OH）/mol?L^-1：0.51         0         0
3分钟后达到平衡状态浓度：0.01      0.25       0.25
平衡常数为：

0.25×0.25

0.012

=625，
再向容器分别加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol反应的浓度商为：

(1.0+0.25)×0.25

0.032

≈347.2＜625，平衡向着正向移动，正反应速率大于逆反应速率，
故答案为：625；＞；
（5）由图表可知，温度低于240℃时，CO的转化率随着温度的升高而增大；温度高于240℃时，CO的转化率随着温度的升高而减小，
在较低温时，各反应体系均未达到平衡，CO的转化率主要受反应速率影响，随着温度的升高反应速率增大，CO的转化率也增大；在较高温时，各反应体系均已达到平衡，CO的转化率主要受反应限度影响，随着温度的升高平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小，
故答案为：在较低温时，各反应体系均未达到平衡，CO的转化率主要受反应速率影响，随着温度的升高反应速率增大，CO的转化率也增大；在较高温时，各反应体系均已达到平衡，CO的转化率主要受反应限度影响，随着温度的升高平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小；

点评：本题考查反应热的计算、平衡移动、化学平衡常数等，难度中等，难点在于读图明白温度为240℃时反应体系均已达到平衡．