Question

16．如圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決下列問(wèn)題：

I．已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡表達(dá)式為：K=$\frac{{c（{H_2}）•c（{CO}）}}{{c（{H_2}O）}}$，它所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來(lái)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(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1，830℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0，則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K＞1.0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在某溫度下，若反應(yīng)①的起始濃度分別為：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，若反應(yīng)物的起始濃度分別為：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=a mol/L；達(dá)到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，a=5.4mol/L．
（3）反應(yīng)②在t℃時(shí)的平衡常數(shù)為400，此溫度下，在0.5L的密閉容器中加入一定量的甲醇，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的物質(zhì)的量濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/（mol•L-1）	0.8	1.24	1.24

①此時(shí)刻，v_正大于 v_逆（填“大于”、“小于”或“等于”）．
②平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量濃度是1.6mol/L．

Answer 1

分析 I．化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，根據(jù)元素守恒知，反應(yīng)物中還含有固體碳；
II（1）將方程式①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；降低溫度平衡向放熱方向移動(dòng)；
（2）該反應(yīng)中CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol/L）1             2.4            0
反應(yīng)（mol/L）1×50%    1×50%×2  1×50%
平衡（mol/L）0.5         1.4           0.5
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.5}{0.5×1．{4}^{2}}$=$\frac{1}{1．{4}^{2}}$，
溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)K不變，據(jù)此計(jì)算a值；
（3）①先計(jì)算濃度商，根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對(duì)大小確定反應(yīng)方向，從而確定正逆反應(yīng)速率相對(duì)大小；
②根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：Ⅰ．化學(xué)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，根據(jù)元素守恒知，反應(yīng)物中還含有固體碳，由化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式知，該反應(yīng)方程式為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），
故答案為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）；
Ⅱ．（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
將方程式①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=2（-90.7kJ•mol^-1
）+（-23.5kJ•mol^-1）+（-41.2kJ•mol^-1）=-247kJ•mol^-1，
③的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)增大，所以在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K＞1.0，
故答案為：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1；＞；
（2）該反應(yīng)中CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol/L）1             2.4            0
反應(yīng)（mol/L）1×50%    1×50%×2  1×50%
平衡（mol/L）0.5         1.4           0.5
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{0.5}{0.5×1．{4}^{2}}$=$\frac{1}{1．{4}^{2}}$，
溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)K不變，
該反應(yīng)中CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol/L）4        a                  0
反應(yīng)（mol/L）2        4                 2
平衡（mol/L）2       a-4               2
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{2}{2×（a-4）^{2}}$=$\frac{1}{1．{4}^{2}}$，
a=5.4，
故答案為：5.4；
（3）①濃度商=$\frac{1.2{4}^{2}}{0．{8}^{2}}$=2.4＜400，平衡正向移動(dòng)，則v_正 大于 v_逆，
故答案為：大于；
②設(shè)達(dá)到平衡時(shí)二甲醚反應(yīng)的物質(zhì)的量濃度為xmol/L，
該反應(yīng)2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O
開(kāi)始（mol/L）0.8               1.24           1.24       
反應(yīng)（mol/L）2x                x               x
平衡（mol/L）0.8-2x          1.24+x        1.24+x
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{（1.24+x）^{2}}{（0.8-x）^{2}}$=400
x=0.36，
則平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量濃度=（1.24+0.36）mol/L=1.6mol/L，
故答案為：1.6mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，靈活運(yùn)用三段式是解本題關(guān)鍵，會(huì)利用化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的關(guān)系確定反應(yīng)方向，題目難度不大．