Question

甲醇（CH₃OH）和二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，具有清潔、髙效等優(yōu)良的性能．
（1 ）CO₂可用于合成二甲醚（CH₃OCH₃），有關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂0（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
2CH₃OH（g）=CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
則CO₂與H₂反應(yīng)合成二甲醚的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2 ）若反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂0（g）在某溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為400，此溫度下，在密閉容器中加人一定量甲醇，反應(yīng)進行到某時刻，測得各物質(zhì)的濃度如表所示：

物質(zhì)		CH3OCH3（g）	H20（g）
濃度（mol?L-1）		0.60	0.60

①比較該時刻正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_（正）

 

v_（逆）（填“＞”“＜”或“=”）
②若加入甲醇后經(jīng)10min反應(yīng)達到平橫，則平衡后c（CH₃OH）=

 

，該時間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH₃OCH₃）=

 

．
（3 ）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1若在溫度相同、容積均2L的3個容器中，按不同方式投人反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時如下：

容器	甲2	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO、2molH2	1molCH3OH	2molCO、4molH2
CH3OH	c1=0.25	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1kJ	吸收Q2kJ	放出Q3kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	a1	a2	a3

下列不能說明該反應(yīng)在恒溫恒容條件下已達化學(xué)平衡狀態(tài)的是

 

；
A．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH）
B．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1
C．混合氣體的密度不變
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
E．容器的壓強不變
②下列說法正確的是

 

．
A、c₁=c₂     B、Q₁=Q₂  C、K₁=K₂  D、a₂+a₃＜100%
③如圖表示該反應(yīng)的反應(yīng)速率v和時間t的關(guān)系圖：
各階段的平衡常數(shù)如下表所示：

t1-t2	t4-t5	t5-t6	t7-t8
K4	K5	K6	K7

K₄、K₅、K₆、K₇之間的關(guān)系為

 

（用“＞”、“＜”或“=”連接）．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大的一段時間是

 

．

Answer 1

考點：等效平衡,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律及題中熱化學(xué)方程式寫出CO₂與H₂反應(yīng)合成二甲醚的熱化學(xué)方程式；
（2）①根據(jù)各組分的濃度商與平衡常數(shù)的大小進行判斷反應(yīng)方向及正逆反應(yīng)速率大��；
②設(shè)達到平衡時又消耗了xmol甲醇，利用三段式及平衡常數(shù)列出方程式進行計算平衡時甲醇濃度及二甲醚的反應(yīng)速率；
（3）①可逆反應(yīng)達到平衡狀態(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)此進行判斷；
②在恒溫恒容條件下，甲加入1molCO、2molH₂與乙中1molCH₃OH為等效平衡，而丙中加入2molCO、4molH₂，與甲相比，丙增大了壓強，平衡向著正向移動，據(jù)此進行解答；
③溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，t₃時刻，正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動，應(yīng)該為升高了溫度；t₆時刻，正逆反應(yīng)速率都減小，且正反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動，據(jù)此進行解答．

解答： 解：（1）（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂0（g）△H=-49.0kJ?mol^-1 ①
2CH₃OH（g）=CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H=-23.5kJ?mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，將①×2+②可得：2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-121.5kJ?mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-121.5kJ?mol^-1；
（2）①此時的濃度商為：Q_c=

0.6×0.6

0.442

=1.86＜400，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，
故答案為：＞；
②設(shè)達到平衡時據(jù)此又消耗了xmol，則
                     2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某時刻濃度（mol?L^-1）：0.44           0.6      0.6
  轉(zhuǎn)化濃度（mol?L^-1）：2x             x         x  
 平衡濃度（mol?L^-1）：0.44-2x        0.6+x      0.6+x
K=

(0.6+x)2

(0.44-2x)2

=400，解得x=0.2mol/L，
故平衡時c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
則10min生成二甲醚的濃度為：0.6moL/L+0.2moL/L=0.8mol/L，
所以甲醇的反應(yīng)速率為v（CH₃OH）=

0.8mol/L

10min

=0.08 mol/（L?min），
故答案為：0.040 mol?L^-1；0.08 mol?L^-1?min^-1；
（3）①A．v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH），表示的是正逆反應(yīng)速率，且滿足二者計算量關(guān)系，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1，物質(zhì)的量之比，無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．混合氣體的密度不變，反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，混合氣體的平均分子量發(fā)生變化，若混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明達到了平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量在反應(yīng)中發(fā)生變化，若容器的壓強不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故E錯誤；
故答案為：BC；
②A、恒溫恒容條件下，甲加入1molCO、2molH₂與乙中1molCH₃OH為等效平衡，則達到平衡時各組分的濃度都相等，所以c₁=c₂，故A正確；
B、由于甲和乙是從不同方向進行的反應(yīng)，則甲放出的熱量與乙吸收的熱量不一定相等，故B錯誤；
C、由于甲和乙為從不同的方向進行的可逆反應(yīng)，兩個反應(yīng)中溫度相同，則平衡常數(shù)不變，所以K₁=K₂，故C正確；
D、甲和乙為等效平衡，反應(yīng)的方向完全不同，所以a₁=a₂，用于丙中濃度為甲的2倍，相當(dāng)于增大了壓強，丙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率大于甲，即a₃＞a₁，所以a₂+a₃＞100%，故D錯誤；
故答案為：AC；
③t₃時刻，正逆反應(yīng)速率都增大，且逆反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動，應(yīng)為升高溫度，所以K₄＞K₅；
t₆時刻，正逆反應(yīng)速率都減小，且正反應(yīng)速率變化大，平衡向逆反應(yīng)移動；應(yīng)為降低壓強，所以K₆=K₇；
t₅～t₆正逆速率都增大，平衡不移動，應(yīng)是使用催化劑，K不變，所以K₅=K₆，所以K₄＞K₅=K₆=K₇，
根據(jù)t₃時刻升高了溫度，平衡向著逆向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減�。籺₄-t₅時使用催化劑，轉(zhuǎn)化率不變；t₆時減小了壓強，平衡向著逆向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率減小，所以t₂～t₃段A的轉(zhuǎn)化率最高，
故答案為：K₄＞K₅=K₆=K₇； t₂～t₃．

點評：本題考查較為綜合，題目難度中等，試題題量過大，難度較大，注意“始、轉(zhuǎn)、平”是解決有關(guān)化學(xué)平衡的“三段論”解題法，當(dāng)三組量一旦確定，可以解答有關(guān)平衡的平衡常數(shù)計算、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、平衡時成分的體積分數(shù)等的關(guān)鍵．