Question

CO、H₂、甲醚（CH₃OCH₃）均是重要的化工原料，請回答下列問題：
（1）在一定條件下，CO與H₂反應既可生成甲醇，也可以生成甲醚，請寫出生成甲醚的化學方程式：

 

；
（2）已知T℃時，燃燒1molCO、1molH₂生成CO₂、H₂O（g）時放出的熱量分別為283kJ、241.8kJ，該溫度下，在容積為2L的某密閉容器中存在反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=akJ?mol^-1．
①a=

 

，若測得前2min內放出的熱量為8.24kJ，則此時間段內的平均反應速率v（H₂）=

 

；
②下列能作為該反應達到平衡狀態(tài)的是

 

（填序號）．
a．混合氣體的密度保持不變         b．相同時間內生成CO、H₂的質量比為14：1
c．容器內壓強保持不變             d．v_正（H₂O）=v_正（CO₂）
（3）向容積為bL的密閉容器中充入a molCO和2a molH₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=QkJ?mol^-1，平衡時CO的轉化率與溫度的關系如下圖所示，則Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”），100℃時的平衡常數(shù)=

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）2mol甲醇反應生成1mol甲醚和1mol水；
（2）①根據(jù)燃燒1molCO、1molH₂生成CO₂、H₂O（g）時放出的熱量寫出其熱化學方程式，再根據(jù)蓋斯定律求算CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的反應熱；
根據(jù)反應的物質的量之比等于熱量比，求出參加反應的氫氣的物質的量，然后根據(jù)速率公式計算；
②當反應達到平衡狀態(tài)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(fā)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(fā)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(tài)，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)平衡時CO的轉化率與溫度的關系圖可知，隨著溫度升高，CO的轉化率減小，則平衡逆移；根據(jù)100℃時CO的轉化率，利用三段式求出平衡時各物質的濃度，再求出K．

解答： 解：（1）CO與H₂反應既可生成甲醇，甲醇之間反應生成甲醚和水，則生成甲醚的反應方程式為：2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O，
故答案為：2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O；
（2）①已知T℃時，燃燒1molCO、1molH₂生成CO₂、H₂O（g）時放出的熱量分別為283kJ、241.8kJ，則
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283KJ/mol
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
由蓋斯定律：①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol，則a=41.2
2min內放出熱量8.24KJ，
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol
                         1       41.2KJ
                         n        8.24KJ
n=0.2mol
反應速率v（H₂）=

0.2mol 2L

2min

=0.05mol/（L?min）；
故答案為：41.2；0.05mol/（L?min）；
②a、反應前后氣體質量和體積不變，則密度始終不變，所以不能判斷平衡狀態(tài)，故a不選；
b、生成CO為逆速率，生成H₂為正速率，生成CO，H₂質量比14：2，說明正逆反應速率相同，則能判斷平衡狀態(tài)，故b選；
c、反應前后氣體體積不變，壓強始終不變，不能判斷平衡狀態(tài)，故c不選；
d、正反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，不能判斷平衡狀態(tài)，故d不選．
故答案為：b；
（3）由平衡時CO的轉化率與溫度的關系圖可知，隨著溫度升高，CO的轉化率減小，則平衡逆移，所以正方向為放熱反應，即Q＜0；已知100℃時CO的轉化率為0.5，則參加反應的CO為0.5amol，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始的量（mol）：a        2a        0
轉化的量（mol）：0.5a     a        0.5a
平衡的量（mol）：0.5a     a        0.5a
則平衡時，c（CO）=

0.5a

b

mol/L，c（H₂）=

a

b

mol/L，c（CH₃OH）=

0.5a

b

mol/L，
則K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5a b

0.5a b ×( a b )2

=

b2

a2

；
故答案為：＜；

b2

a2

．

點評：本題考查了反應熱的計算、反應速率計算、平衡常數(shù)、化學平衡影響因素、平衡狀態(tài)的判斷等，注意理解外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響，題目那點中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．