Question

【題目】工業(yè)上用CO和H2反應(yīng)制備二甲醚(CH3OCH3)的條件是壓力2.0~10.0MPa，溫度300℃。設(shè)備中進(jìn)行下列反應(yīng)，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①CO(g)+2H2(B)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

（1）總反應(yīng)3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=_____________ 。據(jù)此可判斷該反應(yīng)_________________條件下自發(fā)。

（2）在溫度和容積不變的條件下發(fā)生反應(yīng)①，能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是_____

a.容器中壓強(qiáng)保持不變 b.混合氣體中c(CO)不變

c.v正(CO)= v逆(H2) d.c(CH3OH)= c(CO)

（3）在2L 的容器中加入amol CH3OH(g)發(fā)生反應(yīng)②，達(dá)到平衡后若再加入amolCH3OH(g)重新達(dá)到平衡時(shí)，CH3OH 的轉(zhuǎn)化率____________(填“增大”、“ 減小”或“不變”)。

（4）850℃時(shí)在一體積為10L 的容器中通入一定量的CO和H2O(g)發(fā)生反應(yīng)③，CO和H2O(g)濃度變化如圖所示。

①0～4min 的平均反應(yīng)速率，v(CO)=________________ 。

②若溫度不變，向該容器中加入4mo1CO(g)、2mo1H2O(g)、3mo1CO2(g)和3molH2(g)，起始時(shí)v正(CO)______v逆(H2)(填“<”、“ >”或“=”)，請(qǐng)結(jié)合必要的計(jì)算說(shuō)明理由。________。

Answer 1

【答案】 -246.1kJ/mol 低溫 ab 不變 0.03mol/(L·min) < Qc = (0.3mol/L×0.3mol/L)/(0.4 mol/L×0.2 mol/L)=9/8，K = (0.12 mol/L×0.12 mol/L)/(0.08mol/L×0.18 mol/L)=1.0，因?yàn)?/span>Qc>K，平衡左移，所以v正<v逆。

【解析】（1）本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，以及化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向，①×2＋②＋③得出：△H=[2×(－90.7)－23.5－41.2]kJ·mol－1=－246.1kJ·mol－1，根據(jù)△G=△H－T△S，△H<0，此反應(yīng)△S<0，因此△G<0，條件是高溫；（2）本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，a. 、根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此當(dāng)壓強(qiáng)不再改變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；b、根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的定義，因此混合氣體c(CO)不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故b正確；c、用不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率表示達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向是一正一逆，且化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，因此有2v正(CO)=v逆(H2)，故c錯(cuò)誤；d、因?yàn)闆](méi)有說(shuō)明開(kāi)始時(shí)的投入量，因此c(CH3OH)= c(CO)，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故d錯(cuò)誤；（3）本題考查化學(xué)平衡的移動(dòng)，再加入amolCH3OH,相當(dāng)于在原來(lái)的基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和相等，因此增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，即CH3OH的轉(zhuǎn)化率不變；（4）考查化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算以及Qc和K的關(guān)系，①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，v(CO)=(0.20－0.08)/4mol/(L·min)=0.03 mol/(L·min)；②Qc = (0.3mol/L×0.3mol/L)/(0.4 mol/L×0.2 mol/L)=9/8，K = (0.12 mol/L×0.12 mol/L)/(0.08mol/L×0.18 mol/L)=1.0，因?yàn)?/span>Qc>K，平衡左移，所以v正<v逆。