Question

4．二甲醚又稱甲醚，熔點(diǎn)-141.5℃，沸點(diǎn)-24.9℃，與石油液化氣相似，被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”．制備原理如下：
I．由天然氣催化制備二甲醚：
①2CH₄（g）+O₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-283.6kJ•mol-1
II．由合成氣制備二甲醚：
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.7kJ•mol-1
③2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃
（1）反應(yīng)③中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵	C-O	H-O（水）	H-O（醇）	C-H
E/（kJ．mol-1）	343	465	453	413

則△H₃=-24kJ•mol^-1
（2）下列能表明反應(yīng)①達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是bd．
a．混合氣體的密度不變
b．反應(yīng)容器中二甲醚的百分含量不變
c．反應(yīng)物的反應(yīng)速率與生成物的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比
d．混合氣體的壓強(qiáng)不變
（3）原理I中，在恒溫、恒容的密閉容器中，將氣體按n（CH₄）：n（O₂）=2：1混合，能正確反映反應(yīng)①中CH₄的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是b．
（4）有人模擬原理II，500K時(shí)，在2L的密閉容器中充入2molCO和6molH₂，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為80%，c（CH₃OCH₃）=0.3mol•L^-1，可逆反應(yīng)③的平衡常數(shù)K₃=2.25．在500K時(shí)，若容器中n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃），某同學(xué)通過計(jì)算，得濃度商Qc的值小于K₃，則此時(shí)反應(yīng)③中v（正）大于v（逆）（填“大于”或“小于”）．
（5）原理II中，為提高二甲醚的產(chǎn)率，可以采取的一種措施是增大壓強(qiáng)（或降低溫度等）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能計(jì)算出△H₃；
（2）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進(jìn)行判斷；
（3）升溫平衡向吸熱的方向移動(dòng)，據(jù)此判斷能正確反映反應(yīng)①中CH₄的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線；
（4）按平衡的三段式可求出可逆反應(yīng)③的平衡常數(shù)K₃；再求出濃度商跟平衡常數(shù)比較可分析出反應(yīng)③v（正）與v（逆）的大小；
（5）根據(jù)外加條件對(duì)平衡的影響分析．

解答 解：（1）反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，而反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=2×（3×413kJ/mol+343kJ/mol+453kJ/mol）-6×413kJ/mol-2×343kJ/mol-2×465kJ/mol=-24kJ/mol；
故答案為：-24；
（2）a．反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，在恒溫、恒容的密閉容器中，氣體反應(yīng)的體積不變，混合氣體的密度始終不變，故a錯(cuò)誤；
b．平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不變，反應(yīng)容器中二甲醚的百分含量不變，表明達(dá)到平衡，故b正確；
c．反應(yīng)物的反應(yīng)速率與生成物的反應(yīng)速率之比始終等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故c錯(cuò)誤；
d．2CH₄（g）+O₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁，反應(yīng)前后氣體體積不等，在恒溫、恒容的密閉容器中，混合氣體的壓強(qiáng)不變，表明達(dá)到平衡，故d正確．
故答案為：bd；
（3）升溫，反應(yīng)①2CH₄（g）+O₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-283.6kJ•mol^-1，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，能正確反映反應(yīng)①中CH₄的體積分?jǐn)?shù)隨溫度變化的曲線是b，故答案為：b；
（4）2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 0.8                     0                     0
轉(zhuǎn)化量（mol/L） 0.6                    0.3                   0.3
平衡量（mol/L） 0.2                    0.3                   0.3
k=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.3×0.3}{0．{2}^{2}}$=2.25；

若在500K時(shí)，容器中n（CH₃OH）=n（CH₃OCH₃）時(shí)，設(shè)c（CH₃OH）=xmol/L，則
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
在500K時(shí)，容器中（mol/L） x x x
濃度商Q═$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{x•x}{{x}^{2}}$=1＜2.25，反應(yīng)正向進(jìn)行，v（正）＞v（逆），
故答案為：2.25；大于；
（5）②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.7kJ•mol^-1
③2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃，=-24kJ/mol，②×2+③得：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H（-90.7×2-24）kJ•mol^-1該反應(yīng)為體積縮小的反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后，為提高二甲醚的產(chǎn)率，則增大壓強(qiáng)（或降低溫度等），
故答案為：增大壓強(qiáng)（或降低溫度等）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)熱與焓變、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等知識(shí)，題目難度中等，明確化學(xué)平衡狀態(tài)的特征為解答關(guān)鍵，注意掌握反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系及應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．