Question

5．CO和H₂可作为能源和化工原料，应用十分广泛．
已知（i）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
（ii）CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1
（iii）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）△H₃=-41.1kJ•mol^-1
（iV）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）写出由H₂和CO直接制备二甲醚的热化学方程式为2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H=-204.7kJ•mol^-1．根据化学反应原理，分析升高温度对直接制备二甲醚反应的影响增大压强，化学反应速率增大，平衡正向移动，CO和H₂转化率增大，CH₃OCH₃产率增加．
（2）有研究者在催化剂（含Cu-Zn-Al-O和Al₂O₃）、压强为5.0MPa的条件下，由H₂和CO直接制备二甲醚，结果如图1所示．其中CO转化率随温度升高而降低的原因是反应放热，温度升高，平衡逆向移动．
（3）由CO和H₂在催化剂作用下，也可以合成甲醇．反应原理为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（P_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以平衡常数（记作K_P），则以上反应K_P=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②在容积均为1L的密闭容器（a、b、c、d、e）中，分别充入1mol CO和2mol H₂等量混合气体，在不同的温度下（温度分别为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅），经相同的时间，在t时刻，测得容器甲醇的体积分数（如图所示）．解析在T₁～T₂及T₄～T₅二个温度区间，容器内甲醇的体积分数如图2所示的变化趋势，其原因是T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少．
③在不改变反应物用量情况下，将容器c中的平衡状态转变到容器d中的平衡状态，可采取的措施有（写出2点）升温、降压．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律进行计算，依据计算得到的反应结合化学平衡移动原理分析判断增大压强的影响；
（2）依据化学平衡移动原理分析；
（3）①平衡常数指的是：生成物浓度之幂或分压力的乘积与反应物浓度的幂或分压力的乘积之间的比值，根据平衡常数的定义列出表达式；
②根据影响化学反应速率和化学平衡的因素进行判断得出正确结论．a、b没有达到平衡状态，c、d、e达到平衡状态；
③根据影响化学平衡的因素进行判断得出正确结论．

解答 解：（1）Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅳ、2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
依据盖斯定律Ⅰ×2+Ⅳ得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g），△H=-204.7kJ•mol^-1；
该反应是气体体积减小的反应，增加压强，平衡正向进行，反应速率加快，CO和H₂的转化率增大，CH₃OCH₃产率增加，
故答案为：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H=-204.7kJ•mol^-1；增大压强，化学反应速率增大，平衡正向移动，CO和H₂转化率增大，CH₃OCH₃产率增加；
（2）CO转化率随温度升高而降低，是因为反应是放热反应，升温平衡逆向进行，故答案为：反应放热，温度升高，平衡逆向移动；
（3）①平衡常数指的是：生成物浓度之幂或分压力的乘积与反应物浓度的幂或分压力的乘积之间的比值，故K_P=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②反应进行到t时刻时，a、b没有达到平衡状态，c、d、e达到平衡状态，故T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少，
故答案为：T₁-T₂区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高．T₃-T₄区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少；
③将容器c中的平衡状态转变到容器d中的平衡状态，即降低甲醇的含量，使平衡逆向移动，可采取的措施有：升温、减压，
故答案为：升温；降压．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的应用，化学平衡移动原理的分析判断，平衡常数的表示方法，题目难度中等．