Question

（14分）二甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚。

（1）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：

① 2H₂(g) + CO(g)  CH₃OH(g)；ΔH ＝ －90.8 kJ·mol^－1

② 2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)；ΔH＝ －23.5 kJ·mol^－1

③ CO(g) + H₂O(g)  CO₂(g) + H₂(g)；ΔH＝ －41.3 kJ·mol^－1

總反應：3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂ (g)的ΔH＝ ___________；

（2） 已知反應②2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400 。此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH ，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol·L－1）	0.44	0.6	0.6

① 比較此時正、逆反應速率的大小：v_正 ______ v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CH₃OH后，經(jīng)10 min反應達到平衡，此時c(CH₃OH) ＝ _________；該時間內(nèi)反應速率v(CH₃OH) ＝ __________。

（3）在溶液中，反應A+2BC分別在三種不同實驗條件下進行，它們的起始濃度均為、及。反應物A的濃度隨時間的變化如下圖所示。

請回答下列問題：

與①比較，②和③分別僅改變一種反應條件。所改變的條件和判斷的理由是：

②_______________；______________________________________________；

③_______________________________________________；

該反應的_________0，判斷其理由是__________________________________；

 

Answer 1

【答案】

(1) -246.4kJ·mol ^-1    (2) ①＞  ②0.04 mol·L^-1    0.16 mol·L^-1·min^-1

（3）②加催化劑；達到平衡的時間縮短，平衡時A的濃度未變

③溫度升高；達到平衡的時間縮短，平衡時A的濃度減小

﹥；升高溫度向正方向移動，故該反應是吸熱反應

【解析】(1)考查蓋斯定律的應用。觀察目標方程式可知，①×2+②+③，即得到3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂ (g)，故△H=2△H₁+△H₂+△H₃=-246.4kJ· mol ^-1。

（2）此時的濃度商Q==1.86＜400，反應未達到平衡狀態(tài)，向正反應方向移動，故_正＞_逆；設平衡時生成物的濃度為0.6+x，則甲醇的濃度為（0.44-2x）有：400=，解得x=0.2 mol·L^-1，故0.44 mol·L^-1-2x=0.04 mol·L^-1。

由表可知，甲醇的起始濃度度為(0.44+1.2) mol·L^-1=1.64 mol·L^-1，其平衡濃度為0.04 mol·L^-1，

10min變化的濃度為1.6 mol·L^-1，故(CH₃OH)=0.16 mol·L^-1·min^-1。

（3）②使用了（正）催化劑；理由：因為從圖像可看出，兩者最終的平衡濃度相同，即最終的平衡狀態(tài)相同，而②比①所需要的時間短，顯然反應速率加快了，故由影響反應速率和影響平衡的因素可知是加入（正）催化劑；③升高溫度；理由：因為該反應是在溶液中進行的反應，所以不可能是改變壓強引起速率的改變，又由于各物質起始濃度相同，故不可能是改變濃度影響反應速率，再由于③和①相比達平衡所需時間短，平衡時濃度更小，故不可能是改用催化劑，而只能是升高溫度來影響反應速率的

③由③和①進行對比可知升高溫度后A的平衡濃度減小，即A的轉化率升高，平衡向正方向移動，而升溫是向吸熱的方向移動，所以正反應是吸熱反應，﹥0。