Question

16．二甲醛是一種重要的化工原料，利用水煤氣（CO、H₂）合成二甲醛是工業(yè)上的常用方法，該方法由以下幾步組成：

2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）△H=-24.5kJ•mol^-1 ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1mol kJ•mol^-1 ③
（1）反應①的△S＜0（填“＞”“＜”或“=”），在較低（填“較高”或“較低”）溫度下該反應自發(fā)進行．
（2）在250℃的恒容密閉容器中，下列事實可以作為反應③已達平衡的是BC（填選項字母）．
A．容器內氣體密度保持不變
B．CO與CO₂的物質的量之比保持不變
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1
D．該反應的平衡常數保持不變
（3）已知一些共價鍵的鍵能如下：

共價鍵	H-H	C-H	C-O	O-H
鍵能（kJ-mol-3）	436	414	326	464

運用反應①計算一氧化碳中碳氧共價鍵的鍵能1070kJ•mol^-1．
（4）當合成氣體中CO與H₂的物質的量之比恒定時，溫度、壓強CO轉化率的影響如圖1所示．圖1中A點的v（逆）＜B點的v（正）（填“＞”“＜”或“=”）．說明理由B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率．實際工業(yè)生產中該合成反應的條件為500℃、4MPa，請回答采用500℃的可能原因500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢．
（5）一定溫度下，密閉容器中發(fā)生反應③，水蒸氣的轉化率與a（H₂O）/h（CO）的關系如圖2所示，計算該溫度下發(fā)生反應③的平衡常數K=1．
在圖2中作出一氧化碳的轉化率n（H₂O）/n（CO）的曲線．

Answer 1

分析 （1）反應①是正反應氣體體積減小的反應，△H-T△S＜0的反應能夠自發(fā)進行．
（2）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變，據此分析；
（3）反應2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應物 鍵能和-生成物鍵能和；
（4）B點溫度和壓強比A點高，溫度越高或壓強越大反應速率越快；500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢；
（5）在反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）中，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，反應物轉化率為0.5，說明平衡時各組分濃度之比等于1：1：1：1，其平衡常數為1；
反應中，反應物物質的量之比為1：1，當$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，其轉化率相等，CO增多時，其本身的轉化率降低，水蒸氣的轉化率增大．

解答 解：（1）反應①是正反應氣體體積減小的反應，△S＜0，該反應的△H＜0，在低溫下△H-T△S＜0，故答案為：＜；較低；
（2）反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）前后氣體體積不變，
A．恒容容器中，混合氣體的密度始終不變，所以容器內氣體密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO與CO₂的物質的量之比保持不變，說明反應物和生成物濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．化學平衡常數只受溫度影響，溫度不變其不變，所以該反應的平衡常數保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC；
（3）反應2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應物鍵能和-生成物鍵能和，2×436+Q（CO）-3×414-326-464=-90.0，Q（CO）=1070，
故答案為：1070；
（4）B點溫度和壓強比A點高，溫度越高或壓強越大反應速率越快；500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢，
故答案為：＜；B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率；500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢；
（5）在反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）中，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，反應物轉化率為0.5，說明平衡時各組分濃度之比等于1：1：1：1，其平衡常數為1；反應中，反應物物質的量之比為1：1，當$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，其轉化率相等，CO增多時，其本身的轉化率降低，水蒸氣的轉化率增大，即隨$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的增大，CO轉化率增大，水蒸氣的轉化率減小，圖象為：，
故答案為：1；．

點評 本題考查了可逆反應自發(fā)進行的條件、化學平衡狀態(tài)的判斷、工業(yè)生產中反應條件的選擇、轉化率的相關知識，題目難度較大．