Question

7．二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）該反應的化學平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{c}^{3}（CO）}$．溫度升高平衡常數變小（填“變大”、“變小”、“不變”）
（2）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
（3）在一定溫度下，在容積為1L的密閉容器中充入3mol H₂、3mol CO，發生反應：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在10min時剛好達到平衡，此
時測得H₂的物質的量濃度為1.5mo1•L-1．則：
①衡時n（CH₃OCH₃）=0.5，平衡時CO的轉化率為50%．
②達到平衡后，若向容器中再充入1mol H₂、1mol CO₂，經一定時間達到平衡，反應開始時正、逆反應速率的大小：v（正）＞ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．
③在該反應條件下能判斷反應達到化學平衡狀態的依據是D（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量不變
E．氣體的密度不再改變        F．氣體的總質量不再改變．

Answer 1

分析 （1）依據平衡常數概念寫出表達式；因反應是放熱反應，升溫，平衡逆向進行，平衡常數減小；
（2）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的轉化率應使平衡向正反應方向移動，結合平衡移動原理分析解答；
（3）①在一定溫度下，在容積為1L的密閉容器中充入3mol H₂、3mol CO，發生反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在10min時剛好達到平衡，此時測得H₂的物質的量濃度為1.5mo1•L^-1．物質的量1.5mo1•L^-1×1L=1.5mol，
             3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
起始量（mol） 3        3         0          0
變化量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
平衡量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②依據①計算平衡常數，計算此時的濃度商和平衡常數比較大小判斷反應進行的方向；
③根據化學平衡狀態的特征解答，當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，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．

解答 解：（1）該反應的平衡常數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：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{c}^{3}（CO）}$；變小；
（2）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的轉化率減小，故e錯誤；
故答案為：cd；
（3）①在一定溫度下，在容積為1L的密閉容器中充入3mol H₂、3mol CO，發生反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在10min時剛好達到平衡，此時測得H₂的物質的量濃度為1.5mo1•L^-1．物質的量1.5mo1•L^-1×1L=1.5mol，
             3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
起始量（mol） 3        3         0          0
變化量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
平衡量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
衡時n（CH₃OCH₃）=0.5mol，
平衡時CO的轉化率=$\frac{1.5mol}{3mol}$×100%=50%，
故答案為：0.5；50%；　 
②平衡常數K=$\frac{0.5×0.5}{1．{5}^{3}×1．{5}^{3}}$=0.022，達到平衡后，若向容器中再充入1mol H₂、1mol CO₂，Qc=$\frac{1.5×0.5}{2．{5}^{3}×1．{5}^{3}}$=0.014＜K，反應正向進行，v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
③A．反應速率之比等于化學方程式計量數之比，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，故A錯誤；
B．在任何時候，生成amolCO₂的同時消耗3amolH₂，說明反應正向進行，不能證明反應達到平衡狀態，故B錯誤；
C．c（CO₂）=c（CO），和起始量、變化量有關，不能證明反應達到平衡狀態，故C錯誤；
D．反應前后氣體質量不變，氣體物質的量減小，反應過程中混合氣體的平均相對分子質量不變，說明反應達到平衡狀態，故D正確；
E．體積不變的密閉容器中，氣體質量不變，體積不發生變化，所以氣體的密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故E錯誤；
F．密閉容器中氣體質量始終不變，所以氣體的總質量不再改變，不能說明反應達到平衡狀態，故F錯誤；
故答案為：D．

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，注意平衡常數和濃度商比較判斷反應進行方向的方法．