Question

2．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種清潔、高效、具有優良的環保性能的可燃物，被稱為21世紀的新型能源．工業制備二甲醚的生產流程如圖1：
催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度300℃）進行下列反應：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
（1）催化反應室中總反應3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ/mol．
據此可判斷該反應低溫條件下自發．
（2）在溫度和容積不變的條件下發生反應①，能說明該反應達到平衡狀態的依據是ab
a．容器中壓強保持不變b．混合氣體中c （CO）不變
c．V正（CO）=V逆（H₂）    d．c （CO₃OH）=c （CO）
（3）在2L的容器中加入amo1CH₃OH（g）發生反應②，達到平衡后若再加入amo1CH₃OH（g）重新達到平衡時，CH₃OH的轉化率不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）850℃時在一體積為10L的容器中通入一定量的CO和H₂O（g）發生反應③，CO和H₂O（g）濃度變化如圖2所示①0～4min的平均反應速率V（CO）=0.03mol/（L•min）．
②若溫度不變，向該容器中加入4mo1CO（g）、2mo1H₂O（g）、3mo1CO₂（g）和3mo1H₂（g），起始時V_正＜V_逆（填“＜”、“＞”或“=”），請結合必要的計算說明理由因為Qc＞K，平衡左移，所以V_正＜V_逆．
（5）上述工藝制備流程中二甲醚精制的實驗操作名稱為蒸餾．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律由已知的熱化學方程式乘以相應的數值進行加減，來構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的數值進行加減；反應放熱，根據反應自發性的判斷方法：△H-T△S＜0來回答；
（2）可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（3）②反應前后氣體體積不變，增大壓強平衡不變；
（4）①依據化學反應速率概念結合圖象分析計算；
②依據圖象分析計算平衡常數，結合濃度商和平衡常數比較分析判斷平衡移動方向；
（5）分離沸點相差較大的互溶液體，常用方法是蒸餾．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，
由蓋斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol，
反應放熱，是個△S＜0的過程，所以低溫下反應能自發進行．
故答案為：-246.1kJ/mol；低溫；
（2）a．反應前后氣體系數和不等，容器中壓強保持不變，達到了平衡，故正確；
b．混合氣體中c （CO）不變的狀態是化學平衡狀態的特征，故正確；
c．V_正（CO）=V_逆（H₂）說明正逆反應速率是相等的，達到了平衡狀態，故正確；
d．c （CO₃OH）=c （CO）狀態不是化學平衡狀態的特征，故錯誤；
故選abc；
（3）在2L的容器中加入amolCH₃OH（g）發生反應②，反應前后氣體體積不變，達到平衡后若再加入amolCH₃OH（g）相當于增大壓強，平衡不變，CH₃OH的轉化率不變
故答案為：不變；
（4）①圖象分析平衡后一氧化碳濃度變化為0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L；V（CO）=$\frac{0.12mol/L}{4min}$=0.03mol/L•min；
故答案為：0.03mol/L•min；
②若溫度不變，向該容器中加入4molCO、2molH₂O、3molCO₂（g）和3molH₂（g），Qc=$\frac{0.3×0.3}{0.4×0.2}$=$\frac{9}{8}$，K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，因為Qc＞K，平衡左移，V_正＜V_逆．
故答案為：＜；因為Qc＞K，平衡左移，所以V_正＜V_逆；
（5）二甲醚、乙醇、水為互溶的液體，沸點不同，采取蒸餾的方法將二甲醚分離，故答案為：蒸餾．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學平衡影響因素的分析判斷，平衡常數的計算應用，題目難度中等．