Question

18．如圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問(wèn)題：

Ⅰ．已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，它所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）（要注明物質(zhì)的狀態(tài)）．
II、二甲醚（CH₃OCH₃）在未來(lái)可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業(yè)上以CO和H₂為原料生產(chǎn)CH₃OCH₃．工業(yè)制備二甲醚在催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0MPa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=一90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=一23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂O（g）?CO₃（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1．830℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0，則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K＞1.0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在某溫度下，若反應(yīng)①的起始濃度分別為，c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則5min 內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.1mol/（L•min）；若反應(yīng)物的起始濃度分別為：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=amol/L，達(dá)到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，a=5.4mol/L．

Answer 1

分析 I．根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式可寫(xiě)成化學(xué)方程式；
Ⅱ．（1）運(yùn)用蓋斯定律按照目標(biāo)方程式將已知的熱化學(xué)方程式變形運(yùn)算得到所要求得目標(biāo)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；反應(yīng)③為放熱反應(yīng)降低溫度平衡正向移動(dòng)K值增大；
（2）列三段表示出反應(yīng)達(dá)到平衡過(guò)程中各物質(zhì)的濃度，運(yùn)用反應(yīng)速率表達(dá)式求出5min內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率，應(yīng)用K求出a值．

解答 解：Ⅰ．因?yàn)镵=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，所以該反應(yīng)的方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），注意C為固態(tài)，不列入平衡常數(shù)表達(dá)式，
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
Ⅱ．（1）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
依據(jù)蓋斯定律將方程式變形①×2+②+③得 3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=△H₁×2+△H₂+△H₃=-246.1kJ•mol^-1
反應(yīng)③為放熱反應(yīng)降低溫度平衡正向移動(dòng)K值增大，830℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0，催化反應(yīng)室中溫度為230～280℃，所以K值增大，K＞1.0；
故答案為：3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1；＞；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（ mol/L） 1 2.4 0
轉(zhuǎn)化濃度（ mol/L） 0.5 1 0.5
平衡濃度（ mol/L） 0.5 1.4 0.5
△C（CO）=1×0.5=0.5
V（CO）=△C（CO）÷t=0.5mol/L÷5min=0.1mol/（L•min）；
K=$\frac{[CH{\;}_{3}OH]}{[CO][H{\;}_{2}]{\;}^{2}}$=$\frac{0.5}{0.5×1.4{\;}^{2}}$=$\frac{1}{1.4{\;}^{2}}$
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（ mol/L） 4 a 0
轉(zhuǎn)化濃度（ mol/L） 2 4 2
平衡濃度（ mol/L） 2 a-4 2
因?yàn)闇囟认嗤�所以改變初始濃度后平衡常�?shù)不變K=$\frac{2}{2×（a-4）{\;}^{2}}$=$\frac{1}{1.4{\;}^{2}}$
a=5.4mol/L；
故答案為：0.1mol/（L•min）； 5.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律求反應(yīng)熱、化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式及其應(yīng)用，難度中等，注意平衡常數(shù)的應(yīng)用．