Question

16．二甲醛是一種重要的化工原料，利用水煤氣（CO、H₂）合成二甲醛是工業(yè)上的常用方法，該方法由以下幾步組成：

2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）△H=-24.5kJ•mol^-1 ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1mol kJ•mol^-1 ③
（1）反應(yīng)①的△S＜0（填“＞”“＜”或“=”），在較低（填“較高”或“較低”）溫度下該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
（2）在250℃的恒容密閉容器中，下列事實(shí)可以作為反應(yīng)③已達(dá)平衡的是BC（填選項(xiàng)字母）．
A．容器內(nèi)氣體密度保持不變
B．CO與CO₂的物質(zhì)的量之比保持不變
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1
D．該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變
（3）已知一些共價(jià)鍵的鍵能如下：

共價(jià)鍵	H-H	C-H	C-O	O-H
鍵能（kJ-mol-3）	436	414	326	464

運(yùn)用反應(yīng)①計(jì)算一氧化碳中碳氧共價(jià)鍵的鍵能1070kJ•mol^-1．
（4）當(dāng)合成氣體中CO與H₂的物質(zhì)的量之比恒定時(shí)，溫度、壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率的影響如圖1所示．圖1中A點(diǎn)的v（逆）＜B點(diǎn)的v（正）（填“＞”“＜”或“=”）．說明理由B點(diǎn)對應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都比A點(diǎn)高，溫度升高，或壓強(qiáng)增大，都會加快反應(yīng)速率．實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中該合成反應(yīng)的條件為500℃、4MPa，請回答采用500℃的可能原因500℃時(shí)一氧化碳轉(zhuǎn)化率較大，反應(yīng)速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過低，反應(yīng)速率太慢．
（5）一定溫度下，密閉容器中發(fā)生反應(yīng)③，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率與a（H₂O）/h（CO）的關(guān)系如圖2所示，計(jì)算該溫度下發(fā)生反應(yīng)③的平衡常數(shù)K=1．
在圖2中作出一氧化碳的轉(zhuǎn)化率n（H₂O）/n（CO）的曲線．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)①是正反應(yīng)氣體體積減小的反應(yīng)，△H-T△S＜0的反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行．
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分濃度保持不變，據(jù)此分析；
（3）反應(yīng)2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應(yīng)物 鍵能和-生成物鍵能和；
（4）B點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)比A點(diǎn)高，溫度越高或壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快；500℃時(shí)一氧化碳轉(zhuǎn)化率較大，反應(yīng)速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過低，反應(yīng)速率太慢；
（5）在反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）中，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率為0.5，說明平衡時(shí)各組分濃度之比等于1：1：1：1，其平衡常數(shù)為1；
反應(yīng)中，反應(yīng)物物質(zhì)的量之比為1：1，當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，其轉(zhuǎn)化率相等，CO增多時(shí)，其本身的轉(zhuǎn)化率降低，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率增大．

解答 解：（1）反應(yīng)①是正反應(yīng)氣體體積減小的反應(yīng)，△S＜0，該反應(yīng)的△H＜0，在低溫下△H-T△S＜0，故答案為：＜；較低；
（2）反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）前后氣體體積不變，
A．恒容容器中，混合氣體的密度始終不變，所以容器內(nèi)氣體密度保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．CO與CO₂的物質(zhì)的量之比保持不變，說明反應(yīng)物和生成物濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變其不變，所以該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（3）反應(yīng)2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和，2×436+Q（CO）-3×414-326-464=-90.0，Q（CO）=1070，
故答案為：1070；
（4）B點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)比A點(diǎn)高，溫度越高或壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快；500℃時(shí)一氧化碳轉(zhuǎn)化率較大，反應(yīng)速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過低，反應(yīng)速率太慢，
故答案為：＜；B點(diǎn)對應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都比A點(diǎn)高，溫度升高，或壓強(qiáng)增大，都會加快反應(yīng)速率；500℃時(shí)一氧化碳轉(zhuǎn)化率較大，反應(yīng)速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過低，反應(yīng)速率太慢；
（5）在反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）中，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率為0.5，說明平衡時(shí)各組分濃度之比等于1：1：1：1，其平衡常數(shù)為1；反應(yīng)中，反應(yīng)物物質(zhì)的量之比為1：1，當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，其轉(zhuǎn)化率相等，CO增多時(shí)，其本身的轉(zhuǎn)化率降低，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率增大，即隨$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的增大，CO轉(zhuǎn)化率增大，水蒸氣的轉(zhuǎn)化率減小，圖象為：，
故答案為：1；．

點(diǎn)評 本題考查了可逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)條件的選擇、轉(zhuǎn)化率的相關(guān)知識，題目難度較大．