Question

14．二甲醚是一種重要的清潔燃料，可替代氟利昂作制冷劑，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上可利用水煤氣合成二甲醚，總反應為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ/mol
（1）在一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，只改變一個條件能同時提高反應速率和CO的轉(zhuǎn)化率的是cd（填字母代號）．
a．降低溫度　   b．加入催化劑　  c．縮小容器體積　  d．增加H₂的濃度　  e．增加CO的濃度
（2）該反應的化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$．溫度升高平衡常數(shù)變�。ㄌ睢白兇蟆薄ⅰ白冃　�、“不變”）
（3）在一體積可變的密閉容器中充入3mol H₂、3mol CO、1mol CH₃OCH₃、1mol CO₂，在一定溫度和壓強下發(fā)生反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），經(jīng)一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍．問：①反應開始時正、逆反應速率的大�。簐_（正）＞v_（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．
②平衡時n（CH₃OCH₃）=1.75，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為75%．
③在該反應條件下能判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是DE（填編號）．
A．v（CO）=3v（CO₂）        B．生成a mol CO₂的同時消耗3a mol H₂
C．c（CO₂）=c（CO）         D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
E．氣體的密度不再改變        F．氣體的總質(zhì)量不再改變．

Answer 1

分析 （1）改變條件增大反應速率，可以采取加入催化劑、升溫、加壓、增大濃度等措施，且提高CO的轉(zhuǎn)化率應使平衡向正反應方向移動，結(jié)合平衡移動原理分析解答；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出表達式；因反應是放熱反應，升溫，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減�。�
（3）①平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的4/3倍，說明混合氣體總的物質(zhì)的量減小，反應向正反應方向進行；
②設平衡時CH₃OCH₃的物質(zhì)的量變化量為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，由平衡時密度可知，平衡后混合氣體的物質(zhì)的量為起始時的0.625，據(jù)此列方程計算解答；
③根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）a．正反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但反應速率減小，故a錯誤；
b．加入催化劑，反應速率增大，不影響平衡移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯誤；
c．正反應為氣體體積減小的反應，縮小容器體積，壓強增大，反應速率增大，平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．增加H₂的濃度，反應速率增大，平衡向正反應移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
e．增加CO的濃度，反應速率增大，平衡向正反應移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故e錯誤；
故答案為：cd；
（2）該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$，因反應是放熱反應，升溫，平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$；變��；
（3）①平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍，同溫同壓下體積縮小密度增大，正反應方向混合氣體總的物質(zhì)的量減小，故反應向正反應方向進行，故反應速率V（正）＞V（逆），
故答案為：＞；
②由平衡時密度可知，平衡后混合氣體的物質(zhì)的量為起始時的0.625，平衡時總物質(zhì)的量為（3mol+3mol+1mol+1mol）×0.625=5mol，
設平衡時CH₃OCH₃的物質(zhì)的量變化量為xmol，則：
           3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
開始（mol）：3        3         1          1
變化（mol）：3x       3x        x          x
平衡（mol）：3-3x      3-3x     1+x       1+x
所以，3-3x+3-3x+1+x+1+x=5，解得x=0.75，平衡時n（CH₃OCH₃）=（3-3×0.75）mol=1.75mol，
故平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3x}{3}$×100%=75%，
故答案為：75%；
③A．在任何時候，反應速率v（CO）=3v（CO₂），不能證明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．在任何時候，生成amolCO₂的同時消耗3amolH₂，不能證明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．該反應過程中，壓強始終保持不變，不能證明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．反應前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量減小，反應過程中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
E．體積可變的密閉容器中，氣體質(zhì)量不變，體積發(fā)生變化，所以氣體的密度不再改變，說明反應達到平衡狀態(tài)，故E正確；
F．密閉容器中氣體質(zhì)量始終不變，所以氣體的總質(zhì)量不再改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故F錯誤；
故答案為：DE．

點評 本題考查反應熱計算、化學平衡影響因素、化學平衡計算等，難度中等，（3）中注意判斷起始與平衡時混合氣體總物質(zhì)的量關系．