Question

1．二甲醚是一種重要的化工原料，利用水煤氣（CO、H₂）合成二甲醚是工業(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）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1      ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ•mol^-1          ③
（1）反應(yīng)①的△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．在較高（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）當(dāng)合成氣中CO與H₂的物質(zhì)的量之比恒定時(shí)，溫度、壓強(qiáng)對(duì)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(shuō)明理由B點(diǎn)對(duì)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(huì)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(qǐng)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(guò)高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過(guò)低，反應(yīng)速率太慢．

（4）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n（H₂O）∕n（CO）的關(guān)系如圖2：計(jì)算該溫度下反應(yīng)③的平衡常數(shù)K=1．在圖2中作出一氧化碳的轉(zhuǎn)化率與n（H₂O）∕n（CO）的曲線(xiàn)．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)①的正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減��；△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（3）B點(diǎn)對(duì)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(huì)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(guò)高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過(guò)低，反應(yīng)速率太慢；
（4）由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)水的轉(zhuǎn)化率為0.5，令水、CO的起始物質(zhì)的量均為1mol，轉(zhuǎn)化的水為0.5mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        1       0       0
變化量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉(zhuǎn)化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，CO與水的轉(zhuǎn)化率相等為50%．

解答 解：（1）反應(yīng)①的正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，混亂度減小，則△S＜0，反應(yīng)的焓變△H＜0，而△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，故在較高溫度下具有自發(fā)性，
故答案為：＜；較高；
（2）A．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，容器內(nèi)氣體密度始終保持不變，故A錯(cuò)誤；
B．CO與CO₂的物質(zhì)的量之比保持不變，說(shuō)明二者物質(zhì)的量保持不變，反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1，說(shuō)明水的消耗速率與生成速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．一定溫度下，平衡常數(shù)為單質(zhì)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故D錯(cuò)誤，
故選：BC；
（3）B點(diǎn)對(duì)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(huì)加快反應(yīng)速率，故A點(diǎn)的v（逆）＜B點(diǎn)的v（正）；
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(guò)高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過(guò)低，反應(yīng)速率太慢，故選擇500℃的溫度，
故答案為：＜；B點(diǎn)對(duì)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(huì)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(guò)高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，若溫度過(guò)低，反應(yīng)速率太慢；
（4）由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)水的轉(zhuǎn)化率為0.5，令水、CO的起始物質(zhì)的量均為1mol，轉(zhuǎn)化的水為0.5mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      1        0       0
變化量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
由于反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉(zhuǎn)化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時(shí)，CO與水的轉(zhuǎn)化率相等為50%，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率與$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的曲線(xiàn)變化為：，
故答案為：1；．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)自發(fā)性等，（3）中作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易忽略交點(diǎn)時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化率問(wèn)題．