Question

13．將燃煤廢氣中的CO₂轉化為二甲醚的反應原理為：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
（1）該反應的化學平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$．
（2）已知在某壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比時，達平衡時CO₂的轉化率如圖所示：
①該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”）．
②若溫度不變，減小反應投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$，K值將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
③700K投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2時，達平衡時H₂的轉化率a=45%．
（3）某溫度下，向體積一定的密閉容器中通入CO₂（g）與H₂（g）發生上述反應，下列物理量不再發生變化時，能說明反應達到平衡狀態的是ABC．
A．二氧化碳的濃度       B．容器中的壓強
C．氣體的密度           D．CH₃OCH₃與H₂O的物質的量之比．

Answer 1

分析 （1）根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積進行計算；
（2）①根據溫度對平衡的影響分析△H的符號；
②平衡常數K只與溫度有關；
③由圖可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2時，二氧化碳轉化率為30%，令CO₂、H₂的起始物質的量分別為1mol、2mol，轉化的二氧化碳為0.3mol，根據方程式可知轉化的氫氣為0.9mol，進而計算H₂ 的轉化率；
（3）當可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體現中各物質的物質的量、物質的量濃度及百分含量都不變，以及由此引起的一些物理量不變，據此分析解答；

解答 解：（1）平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，所以平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
（2）①因為溫度越高，CO₂轉化率越小，則平衡逆移，所以該反應正方向為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②K只受溫度影響，若溫度不變，減小投料比，則K不變，
故答案為：不變；
③由圖可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2時，二氧化碳轉化率為30%，令CO₂、H₂的起始物質的量分別為1mol、2mol，轉化的二氧化碳為0.3mol，根據方程式可知轉化的氫氣為0.9mol，進而計算H₂ 的轉化率=$\frac{0.9mol}{2mol}$×100%=45%，
故答案為：45%；
（3）A．二氧化碳的濃度不變，則達到了平衡，故A選；
B．反應前后氣體的系數和不相等，當容器內壓強不再改變，則達到了平衡，故B選；
C．該反應是一個反應前后氣體體積變化的可逆反應，容器的體積不變，但反應前后氣體質量變化，氣體的密度不發生變化，則達到了平衡，故C選；
D．任何時候CH₃OCH₃與H₂O的物質的量之比不變，不能說明反應達到平衡，故D不選；
故答案為：ABC．

點評 本題考查了化學平衡計算、影響平衡的因素分析、平衡常數和轉化率計算等知識點，主要是圖象的理解應用，題目難度中等．