Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH，OH）被稱為 2l世紀(jì)的新型燃料．以CH₄和H₂O為原料鍘備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如圖1：

請?zhí)羁眨?br />（1）在一定條件下，反應(yīng)室l中發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H＞0在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應(yīng)速率將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應(yīng)室（假設(shè)容積為 100L），l0min末有0.1mol CO生成，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（H₂）

 

．
（2）在一定條件下，已知反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水，其化學(xué)方程式為

 

．
（3）在壓強為0.1MPa條件下，反應(yīng)室3（容積為V L）中a mol CO與 2a mol H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖2．
①該反應(yīng)的△H

 

（填“＜”、“＞”或“=”）．
②100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（用含a、V的代數(shù)式表示）．
③在其它條件不變的情況下，反應(yīng)室3再增加a mol CO與 2a mol H₂，達(dá)到新平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”、“減小”或“不變”），平衡常數(shù)

 

 （填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析：1）溫度對正逆反應(yīng)速率的影響一致，升高反應(yīng)速率增大，降低溫度反應(yīng)速率減�。�
根據(jù)v=

△n

△t

計算出v（CO），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）．
（2）CO與H₂在一定條件下，生成二甲醚和氣態(tài)水，根據(jù)守恒配平寫出反應(yīng)方程式．
（3）①采取控制變量法分析，由圖可知溫度相同時，到達(dá)平衡時，壓強為P₂的CO轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向體積減小的方向移動．
②利用三段式求出CO與H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇的平衡時反應(yīng)混合物各組分的濃度，代入平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
③恒溫恒容下，增加amolCO與2amolH₂，CO與H₂的比例與原平衡相同，等效為增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變．

解答：解：（1）溫度對正逆反應(yīng)速率的影響一致，降低溫度反應(yīng)速率減小；
v（CO）=

0.1mol 100L

10min

=0.0001mol?L^-1?min^-1，
速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CO）=3×0.0001mol?L^-1?min^-1=0.0003mol?L^-1?min^-1，
故答案為：減小；0.0003mol?L^-1?min^-1；
（2）CO與H₂在一定條件下，生成二甲醚和氣態(tài)水，反應(yīng)方程式為2CO+4H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+H₂O，
故答案為：2CO+4H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+H₂O
（3））①由圖可知溫度相同時，到達(dá)平衡時，壓強為P₂的CO轉(zhuǎn)化率高，平衡向正反應(yīng)方向移動，反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即P₁＜P₂，故答案為：＜；
②利用三段式求出CO與H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇的平衡時反應(yīng)混合物各組分的濃度，由圖可知100℃時，達(dá)到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，則
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
開始（mol/L）：

a

V

        2

a

V

        0
變化（mol/L）：0.5

a

V

      

a

V

       0.5

a

V

平衡（mol/L）：0.5

a

V

     

a

V

        0.5

a

V

代入平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.5a V

0.5a V ×( a V )2

=

V2

a2

，反應(yīng)的平衡常數(shù)為=

V2

a2

，
故答案為：

V2

a2

；
③恒溫恒容下，增加amolCO與2amolH₂，CO與H₂的比例與原平衡相同，等效為增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為：增大；不變．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率計算、平衡移動、平衡常數(shù)等，難度中等，注意三段式解題法的運用，反應(yīng)速率的計算既可利用定義法也可利用化學(xué)計量數(shù)法．