Question

【題目】（10分）下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

I.已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為：，它所對應反應的化學方程式___________________（要注明物質(zhì)的狀態(tài)）．

II、二甲醚（CH3OCH3）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業(yè)上以CO和H2為原料生產(chǎn)CH3OCH3。工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中（壓力2.0～10.0MPa，溫度230～280 ℃）進行下列反應：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=一90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝一23.5 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2 kJ·mol-1

（1）催化反應室中總反應的熱化學方程式為______________。830℃時反應③的K=1.0 ，則在催化反應室中反應③的K___1.0 （填“> ”、“< ”或“=”)。

（2）在某溫度下，若反應①的起始濃度分別為，c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L，5min后達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50% ，則5 min 內(nèi)CO的平均反應速率為______；若反應物的起始濃度分別為：c(CO)=4mol/L,c(H2)=amol/L，達到平衡后，c(CH3OH)=2mol/L，a=______mol/L。

Answer 1

【答案】(10分，每題2分)I．C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

（1）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H=-204.9kJ/mol ＞

（2）0.1mol/(L·min) 5.4

【解析】

試題分析：I．化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，因此根據(jù)某反應的平衡表達式可知該反應的化學方程式為C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

II、（1）已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=一90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝一23.5 kJ·mol-1

則根據(jù)蓋斯定律可知①×2+②即得到催化反應室中總反應的熱化學方程式為2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H=-204.9kJ/mol。

催化反應室中溫度小于830℃，升高溫度反應③平衡向正反應移動，平衡常數(shù)增大。

（2）5min后達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則△c（CO）＝1mol/L×50%＝0.5mol/L，所以v（CO）＝0.5mol/L÷5min＝0.1mol/（Lmin）；該溫度到達平衡時，c（CO）＝0.5mol/L，c（H2）＝2.4mol/L-2×0.5mol/L＝1.4mol/L，c（CH3OH）＝0.5mol/L，所以該溫度下，平衡常數(shù)，若反應物的起始濃度分別為：c（CO）＝4mol/L，c（H2）＝a mol/L，達到平衡后，c（CH3OH）＝2mol/L，則平衡時c′（CO）＝4mol/L-2mol/L＝2mol/L，令平衡時氫氣的濃度為ymol/L，所以，解得y＝1.4，故a＝2mol/L×2+1.4mol/L＝5.4mol/L。