Question

5．CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
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
回答下列問題：
（1）寫出由H₂和CO直接制備二甲醚的熱化學(xué)方程式為2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H=-204.7kJ•mol^-1．根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析升高溫度對直接制備二甲醚反應(yīng)的影響增大壓強，化學(xué)反應(yīng)速率增大，平衡正向移動，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加．
（2）有研究者在催化劑（含Cu-Zn-Al-O和Al₂O₃）、壓強為5.0MPa的條件下，由H₂和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如圖1所示．其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡逆向移動．
（3）由CO和H₂在催化劑作用下，也可以合成甲醇．反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強（P_B）代替物質(zhì)的量濃度（c_B）也可以平衡常數(shù)（記作K_P），則以上反應(yīng)K_P=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②在容積均為1L的密閉容器（a、b、c、d、e）中，分別充入1mol CO和2mol H₂等量混合氣體，在不同的溫度下（溫度分別為T₁、T₂、T₃、T₄、T₅），經(jīng)相同的時間，在t時刻，測得容器甲醇的體積分?jǐn)?shù)（如圖所示）．解析在T₁～T₂及T₄～T₅二個溫度區(qū)間，容器內(nèi)甲醇的體積分?jǐn)?shù)如圖2所示的變化趨勢，其原因是T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)減少．
③在不改變反應(yīng)物用量情況下，將容器c中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器d中的平衡狀態(tài)，可采取的措施有（寫出2點）升溫、降壓．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律進(jìn)行計算，依據(jù)計算得到的反應(yīng)結(jié)合化學(xué)平衡移動原理分析判斷增大壓強的影響；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析；
（3）①平衡常數(shù)指的是：生成物濃度之冪或分壓力的乘積與反應(yīng)物濃度的冪或分壓力的乘積之間的比值，根據(jù)平衡常數(shù)的定義列出表達(dá)式；
②根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素進(jìn)行判斷得出正確結(jié)論．a(chǎn)、b沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，c、d、e達(dá)到平衡狀態(tài)；
③根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素進(jìn)行判斷得出正確結(jié)論．

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
依據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅳ得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g），△H=-204.7kJ•mol^-1；
該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增加壓強，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率加快，CO和H₂的轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H=-204.7kJ•mol^-1；增大壓強，化學(xué)反應(yīng)速率增大，平衡正向移動，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加；
（2）CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，是因為反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，故答案為：反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡逆向移動；
（3）①平衡常數(shù)指的是：生成物濃度之冪或分壓力的乘積與反應(yīng)物濃度的冪或分壓力的乘積之間的比值，故K_P=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②反應(yīng)進(jìn)行到t時刻時，a、b沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，c、d、e達(dá)到平衡狀態(tài)，故T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)減少，
故答案為：T₁-T₂區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而提高．T₃-T₄區(qū)間，化學(xué)反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)減少；
③將容器c中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器d中的平衡狀態(tài)，即降低甲醇的含量，使平衡逆向移動，可采取的措施有：升溫、減壓，
故答案為：升溫；降壓．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡移動原理的分析判斷，平衡常數(shù)的表示方法，題目難度中等．