Question

12．醇是重要的有机化工原料．一定条件下，甲醇可同时发生下面两个反应：
i.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
ii.2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）
I．上述反应过程中能量变化如图所示：
（1）在某密闭容器中，充人一定量CH₃OH（g）发生上述两个反应，反应i（填“i”或“ii”）的速率较大，其原因为该反应的活化能较小．若在容器中加入催化剂，使ii的反应速率增大，则E₁和E₂-E₁的变化是：E₁减小；E₂-E₁不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）已知：CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ/mol．则乙烯气相直接水合反应C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ•mol^-1．
Ⅱ，某研究小组通过控制反应条件，在三个容积均为2L的密闭容器中只发生反应i，起始反应温度均为T℃，起始投料如下表所示：

编号 起始投料/mol	CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
恒温容器1	2	0	0
恒温容器2	0	2	2
绝热容器3	2	0	0

（3）比较平衡时容器1中c₁（H₂O）和容器2中c₂（H₂O）的大小：c₁（H₂O）＜c₂（H₂O）（填“＞”、“＜”或“=”）；三个容器中反应的化学平衡常数分别记为K₁、K₂和K₃，三者的大小关系为K₁=K₂＞K₃．
（4）若容器l中平衡时CH₃OH（g） 的转化率为80%，则该温度下反应i的平衡常数K=4．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）如图分析可知，反应的活化能越小反应速率越快，加入催化剂能降低反应的活化能，催化剂不改变反应物总能量与生成物总能量之差即反应热不变．
（2）分析图象2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1KJ/mol，2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．则乙烯气相直接水合反应C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的热化学方程式可以依据盖斯定律计算得到；
Ⅱ、（3）图表数据都是在恒温容器中进行的反应，达到平衡的方向不同，但反应的平衡常数不变，反应i为2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反应前后气体体积不变，容器1正向进行，容器2逆向进行，相当于容器1中达到平衡基础上中等压强，平衡不动，但物质浓度增大，反应速率增大，容器3是绝热容器，反应达到平衡容器中温度高于容器1，平衡应逆向进行，平衡常数减小；
（4）若容器l中平衡时CH₃OH（g） 的转化率为80%，结合化学平衡三段式列式平衡常数K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CH{\;}_{3}OH）{\;}^{2}}$计算；

解答 解：Ⅰ、（1）反应的活化能越小反应速率越快，在某密闭容器中，充人一定量CH₃OH（g）发生上述两个反应中反应i和ii相比，反应i的活化能小，反应速率快，加入催化剂改变了反应的途径，降低反应所需的活化能，所以E₁和E₂的变化是减小，催化剂不改变反应物总能量与生成物总能量之差即反应热不变，E₂-E₁的大小为反应的焓变，活化能大小对该反应的反应热无影响，
故答案为：ⅰ，该反应的活化能较小；减小；不变；
（2）分析图象得到反应①2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1KJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，
③CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．
依据盖斯定律②-①-③得到乙烯气相直接水合反应的热化学方程式为：
C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）△H=-45.5 kJ•mol^-1
故答案为：-45.5 kJ•mol^-1；
Ⅱ、（3）图象分析可知，反应为：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，图表数据都是在恒温容器中进行的反应，达到平衡的方向不同，但反应的平衡常数不变，K₁=K₂，反应i为2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反应前后气体体积不变，容器1正向进行，容器2逆向进行，相当于容器1中达到平衡基础上中等压强，平衡不动，但物质浓度增大，c₁（H₂O）＜c₂（H₂O），容器3是绝热容器，反应达到平衡容器中温度高于容器1，平衡应逆向进行，平衡常数减小，K₁=K₂＞K₃，故答案为：＜，K₁=K₂＞K₃；
（4）若容器l中平衡时CH₃OH（g） 的转化率为80%，
              2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  2          0           0
变化量（mol/L）  2×80%     0.8         0.8
平衡量（mol/L）  0.4         0.8         0.8
K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CH{\;}_{3}OH）{\;}^{2}}$=$\frac{0.8×0.8}{0.4{\;}^{2}}$=4，故答案为：4．

点评 本题考查了化学平衡、平衡常数的影响因素分析判断，平衡常数计算应用，注意图象分析和热化学方程式的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．