Question

17．二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為 21 世紀(jì)的新型燃料．工業(yè)上制備二甲醚在催化反應(yīng)室中（壓強(qiáng)2.0-10.0MPa，溫度 230-280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)
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）對(duì)于反應(yīng)②，在溫度和容積不變的條件下，能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是（填序號(hào)字母）cda．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O）
b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
 c．H₂O（g）的濃度保持不變
d．CH₃OH 的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為 2：1
（2）對(duì)于反應(yīng)③，若要提高 CO的轉(zhuǎn)化率，在其它條件不變的情況下可以采取的措施為ab（填寫序號(hào)字母）
a．加入一定量的 H₂O（g）
b．降低反應(yīng)溫度
c．加入催化劑
d．縮小容器體積
（3）在某溫度下，若反應(yīng)①各物質(zhì)起始濃度分別為：c（CO）=1.0mol•L^-1，c（H₂）=2.4mol•L^-1，5min 后達(dá)到平衡，c（CO）=0.5mol•L^-1，則 5min 內(nèi)H₂的平均反應(yīng)速率為0.2mol/（L•min）； 在相同溫度下，若反應(yīng)物的起始濃度分別為 c（CO）=4.0mol•L^-1，c（H₂）=amol•L^-1，達(dá)到平衡后，c（CH₃OH）=2.0mol•L^-1，則 a=5.4
（4）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ/mol；已知 830℃時(shí)反應(yīng)③的平衡常數(shù)K=1.0，則在催化室中反應(yīng)③的平衡常數(shù) K＞1.0（填＞或＜或=）
（5）9.2g 二甲醚完全燃燒生成液態(tài)水和CO₂時(shí)放出 291.0kJ 熱量，則表示二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1若達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（2）根據(jù)反應(yīng)③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1的特點(diǎn)及影響化學(xué)平衡的因素進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出氫氣的濃度變化，5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，根據(jù)v（CO）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂）；計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算平衡時(shí)氫氣的濃度，根據(jù)甲醇的平衡濃度計(jì)算氫氣濃度的變化量，進(jìn)而計(jì)算a的值；
（4）根據(jù)蓋斯定律由已知的熱化學(xué)方程式乘以相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行加減，來(lái)構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行加減；根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響判斷化學(xué)平衡常數(shù)大��；
（5）依據(jù)燃燒熱概念含義是1mol甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物二氧化碳和液態(tài)水放出的熱量為燃燒熱，結(jié)合書(shū)寫方法寫出熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）a．n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）=n（H₂O），不能判斷各組分的濃度是否不再變化，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b．該反應(yīng)是體積不變的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不變，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．對(duì)于反應(yīng)②，反應(yīng)物、生成物都是氣體，H₂O（g）的濃度保持不變，表明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故c正確；
d．CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1，表示的是正逆反應(yīng)，且滿足化學(xué)計(jì)量關(guān)系，說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；
故選cd；
（2）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1，若要提高CO的轉(zhuǎn)化率，必須使化學(xué)平衡向著正向移動(dòng)，
a．反應(yīng)物、生成物都是氣體，加入一定量的H₂O（g），反應(yīng)物中水蒸氣的濃度增大，化學(xué)平衡向著正向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；
b．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，通過(guò)降低溫度，平衡向著正向移動(dòng)，可以提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故b正確；
c．加入催化劑，催化劑不影響化學(xué)平衡的移動(dòng)，不會(huì)影響一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，故c錯(cuò)誤；
d．縮小容器體積，增大了壓強(qiáng)，由于該反應(yīng)是體積不變的反應(yīng)，壓強(qiáng)不影響化學(xué)平衡，故d錯(cuò)誤；
故選ab；
（3）5min 后達(dá)到平衡，c（CO）=0.5mol•L^-1，則△c（CO）=0.5mol/L，一氧化碳和氫氣的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1：2，所以v（H₂）=2v（CO）=2×$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.2mol/（L•min）；
該溫度到達(dá)平衡時(shí)，c（CO）=0.5mol/L，c（H₂）=2.4mol/L-2×0.5mol/L=1.4mol/L，c（CH₃OH）=0.5mol/L，所以該溫度下，平衡常數(shù)k=$\frac{0．{5}^{5}}{0.5×1．{4}^{2}}$=$\frac{25}{49}$，若反應(yīng)物的起始濃度分別為：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=a mol/L，達(dá)到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，則平衡時(shí)c（CO）=4mol/L-2mol/L=2mol/L，設(shè)平衡時(shí)氫氣的濃度為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，
故答案為：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，
由蓋斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol，
催化室中的溫度230-280℃，已知830℃時(shí)反應(yīng)③的平衡常數(shù)K=1.0，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度降低，平衡向著正向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)增大，所以＞1.0，
故答案為：-246.1kJ/mol；＞；
（5）9.2g二甲醚的物質(zhì)的量為：n=$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.02mol，0.2mol二甲醚完全燃燒生成液態(tài)水和CO₂時(shí)放出291.0kJ熱量，所以二甲醚的燃燒熱為：$\frac{291.2kJ}{0.2mol}$=1455kJ/mol，則二甲醚燃燒方式的熱化學(xué)方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ/mol；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算等知識(shí)，題目綜合性較大，涉及蓋斯定律、熱化學(xué)方程式書(shū)寫、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)，題目難度中等，注意平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算，成為近幾年高考的熱點(diǎn)，注意蓋斯定律在求算反應(yīng)熱中應(yīng)用．