Question

17．二甲醚（CH₃OCH₃）被称为 21 世纪的新型燃料．工业上制备二甲醚在催化反应室中（压强2.0-10.0MPa，温度 230-280℃）进行下列反应
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）对于反应②，在温度和容积不变的条件下，能说明该反应已达到平衡状态的是（填序号字母）cda．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O）
b．容器内压强保持不变
 c．H₂O（g）的浓度保持不变
d．CH₃OH 的消耗速率与CH₃OCH₃的消耗速率之比为 2：1
（2）对于反应③，若要提高 CO的转化率，在其它条件不变的情况下可以采取的措施为ab（填写序号字母）
a．加入一定量的 H₂O（g）
b．降低反应温度
c．加入催化剂
d．缩小容器体积
（3）在某温度下，若反应①各物质起始浓度分别为：c（CO）=1.0mol•L^-1，c（H₂）=2.4mol•L^-1，5min 后达到平衡，c（CO）=0.5mol•L^-1，则 5min 内H₂的平均反应速率为0.2mol/（L•min）； 在相同温度下，若反应物的起始浓度分别为 c（CO）=4.0mol•L^-1，c（H₂）=amol•L^-1，达到平衡后，c（CH₃OH）=2.0mol•L^-1，则 a=5.4
（4）催化反应室中总反应3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ/mol；已知 830℃时反应③的平衡常数K=1.0，则在催化室中反应③的平衡常数 K＞1.0（填＞或＜或=）
（5）9.2g 二甲醚完全燃烧生成液态水和CO₂时放出 291.0kJ 热量，则表示二甲醚燃烧热的热化学方程式为CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）可逆反应2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1若达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断是否达到平衡状态；
（2）根据反应③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1的特点及影响化学平衡的因素进行分析；
（3）根据一氧化碳的转化率计算出氢气的浓度变化，5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，根据v（CO）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；计算该温度下的平衡常数，根据平衡常数计算平衡时氢气的浓度，根据甲醇的平衡浓度计算氢气浓度的变化量，进而计算a的值；
（4）根据盖斯定律由已知的热化学方程式乘以相应的数值进行加减，来构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的数值进行加减；根据温度对化学平衡的影响判断化学平衡常数大小；
（5）依据燃烧热概念含义是1mol甲醚完全燃烧生成稳定氧化物二氧化碳和液态水放出的热量为燃烧热，结合书写方法写出热化学方程式．

解答 解：（1）a．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O），不能判断各组分的浓度是否不再变化，无法判断是否达到平衡状态，故a错误；
b．该反应是体积不变的反应，反应过程中容器内压强始终不变，所以容器内压强保持不变，无法判断是否达到平衡状态，故b错误；
c．对于反应②，反应物、生成物都是气体，H₂O（g）的浓度保持不变，表明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故c正确；
d．CH₃OH的消耗速率与CH₃OCH₃的消耗速率之比为2：1，表示的是正逆反应，且满足化学计量关系，说明达到了平衡状态，故d正确；
故选cd；
（2）反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，若要提高CO的转化率，必须使化学平衡向着正向移动，
a．反应物、生成物都是气体，加入一定量的H₂O（g），反应物中水蒸气的浓度增大，化学平衡向着正向移动，一氧化碳的转化率增大，故a正确；
b．该反应为放热反应，通过降低温度，平衡向着正向移动，可以提高一氧化碳的转化率，故b正确；
c．加入催化剂，催化剂不影响化学平衡的移动，不会影响一氧化碳的转化率，故c错误；
d．缩小容器体积，增大了压强，由于该反应是体积不变的反应，压强不影响化学平衡，故d错误；
故选ab；
（3）5min 后达到平衡，c（CO）=0.5mol•L^-1，则△c（CO）=0.5mol/L，一氧化碳和氢气的化学计量数之比为1：2，所以v（H₂）=2v（CO）=2×$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.2mol/（L•min）；
该温度到达平衡时，c（CO）=0.5mol/L，c（H₂）=2.4mol/L-2×0.5mol/L=1.4mol/L，c（CH₃OH）=0.5mol/L，所以该温度下，平衡常数k=$\frac{0．{5}^{5}}{0.5×1．{4}^{2}}$=$\frac{25}{49}$，若反应物的起始浓度分别为：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=a mol/L，达到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，则平衡时c（CO）=4mol/L-2mol/L=2mol/L，设平衡时氢气的浓度为ymol/L，所以$\frac{2}{2×{y}^{2}}$=$\frac{25}{49}$，解得y=1.4，故a=2mol/L×2+1.4mol/L=5.4mol/L，
故答案为：0.2mol/（L•min）；5.4；
（4）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，
由盖斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol，
催化室中的温度230-280℃，已知830℃时反应③的平衡常数K=1.0，由于该反应为放热反应，温度降低，平衡向着正向移动，化学平衡常数增大，所以＞1.0，
故答案为：-246.1kJ/mol；＞；
（5）9.2g二甲醚的物质的量为：n=$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.02mol，0.2mol二甲醚完全燃烧生成液态水和CO₂时放出291.0kJ热量，所以二甲醚的燃烧热为：$\frac{291.2kJ}{0.2mol}$=1455kJ/mol，则二甲醚燃烧方式的热化学方程式为：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ/mol；
故答案为：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ/mol．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断、化学平衡常数的计算等知识，题目综合性较大，涉及盖斯定律、热化学方程式书写、化学反应速率、化学平衡计算、平衡常数，题目难度中等，注意平衡常数的有关计算，成为近几年高考的热点，注意盖斯定律在求算反应热中应用．