Question

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．
（1）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
總反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=

 

；
（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

 

（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）該反應的化學平衡常數表達式K=

 

．溫度升高平衡常數

 

（填“變大”、“變小”、“不變”）
（4）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生反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），經一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的4/3倍．
①反應開始時正、逆反應速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）
②平衡時CO的轉化率為

 

．
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

 

（填編號）．
A．v（CO）=3v（CO₂）         B．生成a mol CO₂的同時消耗3a mol H₂
C．壓強不再變化              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

考點：熱化學方程式,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）利用蓋斯定律計算；
（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）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；
（4）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的量減小，反應向正反應方向進行；
②設平衡時CH₃OCH₃的物質的量變化量為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質的量，由平衡時密度可知，平衡后混合氣體的物質的量為起始時的

3

4

，據此列方程計算解答；
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）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應方程式，則△H=-90.8kJ?mol^-1×2-23.5kJ?mol^-1-41.3kJ?mol^-1=-246.4kJ?mol^-1；
故答案為：-246.4kJ?mol^-1；
（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）該反應的平衡常數K=

c(CH3OCH3)c(CO2)

c3(H2)c3(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：

c(CH3OCH3)c(CO2)

c3(H2)c3(CO)

；變小；
（4）①平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的4/3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的量為起始時的

3

4

，平衡時總物質的量為（3mol+3mol+1mol+1mol）×

3

4

=6mol，
設平衡時CH₃OCH₃的物質的量變化量為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=6，解得x=0.5
故平衡時CO的轉化率為

1.5mol

3mol

×100%=50%，
故答案為：50%； 
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，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，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，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．體積可變的密閉容器中，氣體質量不變，體積發生變化，所以氣體的密度不再改變，說明反應達到平衡狀態，故E正確；
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：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的量關系．