Question

14．二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(yè)上可利用水煤氣合成二甲醚，總反應(yīng)為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ/mol
（1）在一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，只改變一個(gè)條件能同時(shí)提高反應(yīng)速率和CO的轉(zhuǎn)化率的是cd（填字母代號(hào)）．
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
（2）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$．溫度升高平衡常數(shù)變小（填“變大”、“變小”、“不變”）
（3）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(qiáng)下發(fā)生反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），經(jīng)一定時(shí)間達(dá)到平衡，并測得平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍．問：①反應(yīng)開始時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_（正）＞v_（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．
②平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=1.75，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為75%．
③在該反應(yīng)條件下能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是DE（填編號(hào)）．
A．v（CO）=3v（CO₂）        B．生成a mol CO₂的同時(shí)消耗3a mol H₂
C．c（CO₂）=c（CO）         D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
E．氣體的密度不再改變        F．氣體的總質(zhì)量不再改變．

Answer 1

分析 （1）改變條件增大反應(yīng)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(zhuǎn)化率應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答；
（2）依據(jù)平衡常數(shù)概念寫出表達(dá)式；因反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小；
（3）①平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的4/3倍，說明混合氣體總的物質(zhì)的量減小，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
②設(shè)平衡時(shí)CH₃OCH₃的物質(zhì)的量變化量為xmol，利用三段式表示出平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，由平衡時(shí)密度可知，平衡后混合氣體的物質(zhì)的量為起始時(shí)的0.625，據(jù)此列方程計(jì)算解答；
③根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)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(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)．

解答 解：（1）a．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減小，故a錯(cuò)誤；
b．加入催化劑，反應(yīng)速率增大，不影響平衡移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，縮小容器體積，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．增加H₂的濃度，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
e．增加CO的濃度，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故e錯(cuò)誤；
故答案為：cd；
（2）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$，因反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{•c}^{3}（CO）}$；變小；
（3）①平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，同溫同壓下體積縮小密度增大，正反應(yīng)方向混合氣體總的物質(zhì)的量減小，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故反應(yīng)速率V（正）＞V（逆），
故答案為：＞；
②由平衡時(shí)密度可知，平衡后混合氣體的物質(zhì)的量為起始時(shí)的0.625，平衡時(shí)總物質(zhì)的量為（3mol+3mol+1mol+1mol）×0.625=5mol，
設(shè)平衡時(shí)CH₃OCH₃的物質(zhì)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=5，解得x=0.75，平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=（3-3×0.75）mol=1.75mol，
故平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{3x}{3}$×100%=75%，
故答案為：75%；
③A．在任何時(shí)候，反應(yīng)速率v（CO）=3v（CO₂），不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．在任何時(shí)候，生成amolCO₂的同時(shí)消耗3amolH₂，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．該反應(yīng)過程中，壓強(qiáng)始終保持不變，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量減小，反應(yīng)過程中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
E．體積可變的密閉容器中，氣體質(zhì)量不變，體積發(fā)生變化，所以氣體的密度不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E正確；
F．密閉容器中氣體質(zhì)量始終不變，所以氣體的總質(zhì)量不再改變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故F錯(cuò)誤；
故答案為：DE．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算等，難度中等，（3）中注意判斷起始與平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量關(guān)系．