Question

3．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的可燃物，被稱為21世紀的新型能源．
工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如圖：

催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度300℃）進行下列反應(yīng)：
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(yīng)室中總反應(yīng)3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1kJ/mol．
據(jù)此可判斷該反應(yīng)低溫條件下自發(fā)．
（2）在溫度和容積不變的條件下發(fā)生反應(yīng)①，能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)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(fā)生反應(yīng)②，達到平衡后若再加入amo1CH₃OH（g）重新達到平衡時，CH₃OH的轉(zhuǎn)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(fā)生反應(yīng)③，CO和H₂O（g）濃度變化如圖所示．

①0～4min的平均反應(yīng)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(jié)合必要的計算說明理由化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.12×0.12}{0.18×0.08}$=1，濃度商=$\frac{3×3}{4×2}$=1.125＞1，平衡逆向移動，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 氫氣和CO以1：1的物質(zhì)的量發(fā)生反應(yīng)生成HCHO，將未反應(yīng)的氫氣和CO放出后，HCHO脫除二氧化碳生成二甲醚，二甲醚精制得到二甲醚、甲醇和水，
（1）根據(jù)蓋斯定律計算反應(yīng)熱，如果△G=△H-T△S＜0時反應(yīng)能自發(fā)進行；
（2）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變；
（3）該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之和不變，則壓強不影響平衡移動；
（4）①0～4min的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{△c}{△t}$；
②先計算濃度商，根據(jù)濃度商與化學平衡常數(shù)相對大小確定反應(yīng)方向，從而確定正逆反應(yīng)速率相對大��；
（5）互溶的液體采用蒸餾的方法分離提純．

解答 解：氫氣和CO以1：1的物質(zhì)的量發(fā)生反應(yīng)生成HCHO，將未反應(yīng)的氫氣和CO放出后，HCHO脫除二氧化碳生成二甲醚，二甲醚精制得到二甲醚、甲醇和水，
（1）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
將方程式2①+②+③得3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=2×（-90.7kJ/mol
）+（-23.5kJ/mol）+（-41.2kJ/mol）=-246.1kJ/mol，如果△G=△H-T△S＜0時反應(yīng)能自發(fā)進行，該反應(yīng)的焓變小于0，熵變大于0，要使△G=△H-T△S＜0，應(yīng)該在較低溫度下進行，
故答案為：-246.1kJ/mol；低溫；
（2）a．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，壓強減小，當容器中壓強保持不變時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．混合氣體中c （CO）不變時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．當3V正（CO）=V逆（H₂）時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，所以當 V正（CO）=V逆（H₂）時，反應(yīng)沒有達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．c （CO₃OH）=c （CO）時，該反應(yīng)可能達到平衡狀態(tài)，也可能沒有達到平衡狀態(tài)，與反應(yīng)初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故d錯誤；
故選ab；
（3）該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量之和不變，則壓強不影響平衡移動，所以平衡后再加入甲醇，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故答案為：不變；
（4）①0～4min的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.20-0.08}{4}$mol/（L．min）=0.03mol/（L•min），
故答案為：0.03mol/（L•min）；
②平衡時c（H₂O）=0.18mol/L、c（CO）=0.08mol/L、c（CO₂）=c（H₂）=（0.20-0.08）mol/L=0.12mol/L，化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.12×0.12}{0.18×0.08}$=1，濃度商=$\frac{3×3}{4×2}$=1.125＞1，平衡逆向移動，則V_正＜V_逆，
故答案為：＜；化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.12×0.12}{0.18×0.08}$=1，濃度商=$\frac{3×3}{4×2}$=1.125＞1，平衡逆向移動，所以
V_正＜V_逆；
（5）互溶的液體采用蒸餾的方法分離提純，二甲醚和甲醇互溶，應(yīng)該采用蒸餾方法分離提純，
故答案為：蒸餾．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡狀態(tài)判斷、蓋斯定律等知識點，側(cè)重考查學生分析判斷及計算能力，明確平衡狀態(tài)判斷方法、化學平衡常數(shù)與濃度商的相對大小與反應(yīng)方向的關(guān)系是解本題關(guān)鍵，注意（3）題反應(yīng)方向的判斷方法，題目難度中等．