Question

14．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟利昂作制冷剂，对臭氧层无破坏作用．工业上可利用水煤气合成二甲醚，总反应为：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ/mol
（1）在一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，只改变一个条件能同时提高反应速率和CO的转化率的是cd（填字母代号）．
a．降低温度　   b．加入催化剂　  c．缩小容器体积　  d．增加H₂的浓度　  e．增加CO的浓度
（2）该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$．温度升高平衡常数变小（填“变大”、“变小”、“不变”）
（3）在一体积可变的密闭容器中充入3mol H₂、3mol CO、1mol CH₃OCH₃、1mol CO₂，在一定温度和压强下发生反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍．问：①反应开始时正、逆反应速率的大小：v_（正）＞v_（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．
②平衡时n（CH₃OCH₃）=1.75，平衡时CO的转化率为75%．
③在该反应条件下能判断反应达到化学平衡状态的依据是DE（填编号）．
A．v（CO）=3v（CO₂）        B．生成a mol CO₂的同时消耗3a mol H₂
C．c（CO₂）=c（CO）         D．混合气体的平均相对分子质量不变
E．气体的密度不再改变        F．气体的总质量不再改变．

Answer 1

分析 （1）改变条件增大反应速率，可以采取加入催化剂、升温、加压、增大浓度等措施，且提高CO的转化率应使平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理分析解答；
（2）依据平衡常数概念写出表达式；因反应是放热反应，升温，平衡逆向进行，平衡常数减小；
（3）①平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的4/3倍，说明混合气体总的物质的量减小，反应向正反应方向进行；
②设平衡时CH₃OCH₃的物质的量变化量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的0.625，据此列方程计算解答；
③根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．

解答 解：（1）a．正反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，但反应速率减小，故a错误；
b．加入催化剂，反应速率增大，不影响平衡移动，CO的转化率不变，故b错误；
c．正反应为气体体积减小的反应，缩小容器体积，压强增大，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故c正确；
d．增加H₂的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，CO的转化率增大，故d正确；
e．增加CO的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率减小，故e错误；
故答案为：cd；
（2）该反应的平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$，因反应是放热反应，升温，平衡逆向进行，平衡常数减小，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$；变小；
（3）①平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，同温同压下体积缩小密度增大，正反应方向混合气体总的物质的量减小，故反应向正反应方向进行，故反应速率V（正）＞V（逆），
故答案为：＞；
②由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的0.625，平衡时总物质的量为（3mol+3mol+1mol+1mol）×0.625=5mol，
设平衡时CH₃OCH₃的物质的量变化量为xmol，则：
           3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
开始（mol）：3        3         1          1
变化（mol）：3x       3x        x          x
平衡（mol）：3-3x      3-3x     1+x       1+x
所以，3-3x+3-3x+1+x+1+x=5，解得x=0.75，平衡时n（CH₃OCH₃）=（3-3×0.75）mol=1.75mol，
故平衡时CO的转化率为$\frac{3x}{3}$×100%=75%，
故答案为：75%；
③A．在任何时候，反应速率v（CO）=3v（CO₂），不能证明反应达到平衡状态，故A错误；
B．在任何时候，生成amolCO₂的同时消耗3amolH₂，不能证明反应达到平衡状态，故B错误；
C．该反应过程中，压强始终保持不变，不能证明反应达到平衡状态，故C错误；
D．反应前后气体质量不变，气体物质的量减小，反应过程中混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故D正确；
E．体积可变的密闭容器中，气体质量不变，体积发生变化，所以气体的密度不再改变，说明反应达到平衡状态，故E正确；
F．密闭容器中气体质量始终不变，所以气体的总质量不再改变，不能说明反应达到平衡状态，故F错误；
故答案为：DE．

点评 本题考查反应热计算、化学平衡影响因素、化学平衡计算等，难度中等，（3）中注意判断起始与平衡时混合气体总物质的量关系．