Question

13．研究CO₂轉化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)對實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義．將燃煤廢氣中的CO₂轉化為二甲醚的反應原理為2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1）．
（1）已知一定壓強下，該反應在溫度升高時，CH₃OCH₃（g）的濃度增大，則反應的焓變△H＞0，熵變△S＜0（分別填“＞”、“＜”、或“=”）．
（2）相同條件下，在體積為2L的密閉容器內選用不同的催化劑，生成物二甲醚CH₃OCH₃的量隨時間變化如圖所示．
①圖中0-4min內的反應速率v（CO₂）=1.25mol•（L•min）^-1．該溫度下平衡常數(shù)的表達式為$\frac{{c（C{H_3}OC{H_3}）}}{{{c^2}（C{O_2}）{c^6}（{H_2}）}}$．
②下列有關說法正確的是ABC（填字母序號）．
A．反應的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C）
B．升高溫度能使反應速率加快，是因為活化分子百分數(shù)增大
C．單位時間內消耗CO₂與生成H₂的數(shù)目為2：1時，說明反應已經(jīng)達到平衡
D．增大壓強，平衡正向移動，平衡常數(shù)K值增大
（3）溫度下，在體積可變的密閉容器中，改變起始時各物質的起始投料量，在不同的壓強下，平衡時生成物二甲醚CH₃OCH₃（g）的物質的量如表所示：

序號	起始投料量不同的壓強下， 平衡CH3OCH3（g）的量不同的壓強	P1	P2	P3
I	2.0molCO2 6.0molH2	0.10mol	0.04mol	0.02mol
II	1.0molCO2 3.0molH2	X1	Y1	Z1
III	1.0mol CH3OCH3 3.0mol H2O	X2	Y2	Z2

①P₁＞P₂（填“＞”、“＜”或“=”）；判斷理由為壓強增大，平衡向正反應方向移動，從而導致生成物的量增大．
②X₁=0.05mol．
③P₂下，III中CH₃OCH₃的平衡轉化率為96%．

Answer 1

分析 （1）2CO（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1），已知一定壓強下，該反應在溫度升高時，CH₃OCH₃（g）的濃度增大，說明正反應為吸熱反應，氣體物質的量減小，熵變減�。�
（2）①反應速率v=$\frac{△c}{△t}$；平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
②A．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低；
B．升溫反應速率增大，活化分子數(shù)增多；
C．二氧化碳和氫氣反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比=1：3；
D．平衡常數(shù)只隨溫度變化；
（3）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向進行；
②某溫度下，在體積可變的密閉容器中起始時加入各物質的量1.0mol CO₂，3.0molH₂ ，和I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比等比例減小，所以達到平衡狀態(tài)相同；
③1.0molCH₃OCH₃   3.0molH₂O和起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比達到相同的平衡狀態(tài)，據(jù)此列式計算．

解答 解：（1）2CO（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1），已知一定壓強下，該反應在溫度升高時，CH₃OCH₃（g）的濃度增大，說明正反應為吸熱反應，△H＞0，氣體物質的量減小，熵變減小△S＜0，
故答案為：＞；＜；
（2）①圖中0-4min內甲醚生成物質的量5mol，消耗二氧化碳物質的量10mol，二氧化碳的反應速率v（CO₂）=$\frac{\frac{10mol}{2L}}{4min}$=1.25 mol•（L•min）^-1，2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（1），反應的平衡常數(shù)K=$\frac{{c（C{H_3}OC{H_3}）}}{{{c^2}（C{O_2}）{c^6}（{H_2}）}}$，
故答案為：1.25 mol•（L•min）^-1；  $\frac{{c（C{H_3}OC{H_3}）}}{{{c^2}（C{O_2}）{c^6}（{H_2}）}}$；    
 ②A．相同時間內生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低，所以該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A正確；
B．升溫能使反應速率加快，是因為增大了活化分子數(shù)，而活化分子百分數(shù)增大，故B正確；
C．單位時間內消耗CO₂與生成H₂的數(shù)目為1：3時，說明反應已經(jīng)達到平衡，故C錯誤；
D．反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，但平衡常數(shù)K值并不變，故D錯誤；
故答案為：AB；
（3）①2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向進行，從而導致生成物的量增大，圖表中平衡時CH₃OCH₃（g）的物質的量可知P₁＞P₂，
故答案為：＞；壓強增大，平衡向正反應方向移動，從而導致生成物的量增大；
②某溫度下，在體積可變的密閉容器中起始時加入各物質的量1.0mol CO₂，3.0molH₂ ，和I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比，等比例減小，體積縮小到一半和Ⅰ達到平衡狀態(tài)相同，X₁=0.05mol
故答案為：0.05mol；  
 ③I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ ，P₂下平衡三行計算，
                      2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）  2                6                      0                     0
變化量（mol）  0.08            0.24               0.04                
平衡量（mol）  1.92            5.76               0.04
逆向進行          2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）  0                0                    1                   3
變化量（mol）  1.92           5.76                0.96               
平衡量（mol）  1.92            5.76               0.04
P₂下Ⅲ中CH₃OCH₃的平衡轉化率=$\frac{0.96mol}{1mol}$×100%=96%，
故答案為：96%．

點評 本題考查了化學平衡計算、影響平衡的因素分析、平衡常數(shù)和轉化率計算等知識點，主要是圖象的理解應用，題目難度中等．