Question

10．已知反應：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），某溫度下的平衡常數為400．在此溫度下，向密閉容器中加入一定量CH₃OH，反應到5min時測得各組分的濃度如表所示：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol•L-1）	0.44	0.6	0.6

（1）該反應在低溫下（此時水為液態）能自發進行，則該反應的△H＜0 （填“＞”、“＜”或“=”，下同）．
（2）比較此時正、逆反應速率的大小：v_正＞v_逆，理由是濃度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.36＜K=400，反應向正反應進行．
（3）前5min時，用CH₃OCH₃表示該反應的速率為0.12mol/（L．min）．
（4）再過一段時間后，反應達到平衡狀態．能判斷該反應已達到化學平衡狀態的依據是B（填字母）．
A．容器中壓強不變                        B．混合氣體中c（CH₃OH）不變
C．v_生成（CH₃OH）=2v_消耗（H₂O）               D．c（CH₃OCH₃）=c （H₂O）
（5）達到平衡狀態時，CH₃OH的轉化率97.6%（計算結果保留到小數點后1位）．

Answer 1

分析 （1）低溫下（此時水為液態）能自發進行，而正反應為氣體物質的量減小的反應，是熵減反應，△G=△H-T△S＜0反應自發進行；
（2）計算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷v_正、v_逆相對大小；
（3）根據v=$\frac{△c}{△t}$計算用CH₃OCH₃表示該反應的速率；
（4）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的氣體一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化，說明反應到達平衡；
（5）由表中數據可知，甲醇的起始濃度為（0.44+0.6×2）mol/L=1.64mol/L，設平衡時甲醇濃度變化量為xmol/L，則：
            2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）：1.64       0           0
變化量（mol/L）：x          0.5x        0.5x
平衡量（mol/L）：1.64-x     0.5x        0.5x
根據平衡常數列方程計算解答．

解答 解：（1）低溫下（此時水為液態）能自發進行，而正反應為氣體物質的量減小的反應，是熵減反應，△G=△H-T△S＜0反應自發進行，則△H＜0，故答案為：＜；
（2）濃度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.36＜K=400，反應向正反應進行，則v_正＞v_逆，
故答案為：＞；濃度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.36＜K=400，反應向正反應進行；
（3）前5min內，用CH₃OCH₃表示該反應的速率為$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol/（L．min），
故答案為：0.12mol/（L．min）；
（4）A．反應前后氣體的物質的量不變，恒溫下容器中壓強始終不變，故A錯誤；
B．混合氣體中c（CH₃OH）不變，說明到達平衡，故B正確；
C．v_生成（CH₃OH）=2v_消耗（H₂O）均為逆反應速率，反應開始后始終為該比例關系，故C錯誤；
D．甲醚與水的按物質的量1：1生成，二者濃度始終相等，故D錯誤，
故選：B；
（5）由表中數據可知，甲醇的起始濃度為（0.44+0.6×2）mol/L=1.64mol/L，設平衡時甲醇濃度變化量為xmol/L，則：
             2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）：1.64         0          0
變化量（mol/L）：x            0.5x       0.5x
平衡量（mol/L）：1.64-x       0.5x       0.5x
所以$\frac{0.5x×0.5x}{（1.64-x）^{2}}$=400，解得x=1.6，甲醇的轉化率為$\frac{1.6mol/L}{1.64mol/L}$×100%=97.6%，
故答案為：97.6%．

點評 本題考查化學平衡計算、反應速率計算、平衡狀態判斷、平衡常數應用等，注意掌握平衡常數的有關應用，難度中等．