Question

2．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種清潔、高效、具有優(yōu)良的環(huán)保性能的可燃物，被稱為21世紀(jì)的新型能源．工業(yè)制備二甲醚的生產(chǎn)流程如圖1：
催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度300℃）進(jìn)行下列反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol
（1）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=-246.1KJ/mol．
據(jù)此可判斷該反應(yīng)低溫條件下自發(fā)．
（2）在溫度和容積不變的條件下發(fā)生反應(yīng)①，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是ab
a．容器中壓強(qiáng)保持不變b．混合氣體中c （CO）不變
c．V正（CO）=V逆（H₂）    d．c （CO₃OH）=c （CO）
（3）在2L的容器中加入amo1CH₃OH（g）發(fā)生反應(yīng)②，達(dá)到平衡后若再加入amo1CH₃OH（g）重新達(dá)到平衡時(shí)，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）850℃時(shí)在一體積為10L的容器中通入一定量的CO和H₂O（g）發(fā)生反應(yīng)③，CO和H₂O（g）濃度變化如圖2所示①0～4min的平均反應(yīng)速率V（CO）=0.03mol/（L•min）．
②若溫度不變，向該容器中加入4mo1CO（g）、2mo1H₂O（g）、3mo1CO₂（g）和3mo1H₂（g），起始時(shí)V_正＜V_逆（填“＜”、“＞”或“=”），請結(jié)合必要的計(jì)算說明理由因?yàn)镼c＞K，平衡左移，所以V_正＜V_逆．
（5）上述工藝制備流程中二甲醚精制的實(shí)驗(yàn)操作名稱為蒸餾．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律由已知的熱化學(xué)方程式乘以相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行加減，來構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行加減；反應(yīng)放熱，根據(jù)反應(yīng)自發(fā)性的判斷方法：△H-T△S＜0來回答；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（3）②反應(yīng)前后氣體體積不變，增大壓強(qiáng)平衡不變；
（4）①依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念結(jié)合圖象分析計(jì)算；
②依據(jù)圖象分析計(jì)算平衡常數(shù)，結(jié)合濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷平衡移動(dòng)方向；
（5）分離沸點(diǎn)相差較大的互溶液體，常用方法是蒸餾．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ/mol，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol，
由蓋斯定律可知，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ/mol，
反應(yīng)放熱，是個(gè)△S＜0的過程，所以低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行．
故答案為：-246.1kJ/mol；低溫；
（2）a．反應(yīng)前后氣體系數(shù)和不等，容器中壓強(qiáng)保持不變，達(dá)到了平衡，故正確；
b．混合氣體中c （CO）不變的狀態(tài)是化學(xué)平衡狀態(tài)的特征，故正確；
c．V_正（CO）=V_逆（H₂）說明正逆反應(yīng)速率是相等的，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故正確；
d．c （CO₃OH）=c （CO）狀態(tài)不是化學(xué)平衡狀態(tài)的特征，故錯(cuò)誤；
故選abc；
（3）在2L的容器中加入amolCH₃OH（g）發(fā)生反應(yīng)②，反應(yīng)前后氣體體積不變，達(dá)到平衡后若再加入amolCH₃OH（g）相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡不變，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率不變
故答案為：不變；
（4）①圖象分析平衡后一氧化碳濃度變化為0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L；V（CO）=$\frac{0.12mol/L}{4min}$=0.03mol/L•min；
故答案為：0.03mol/L•min；
②若溫度不變，向該容器中加入4molCO、2molH₂O、3molCO₂（g）和3molH₂（g），Qc=$\frac{0.3×0.3}{0.4×0.2}$=$\frac{9}{8}$，K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.18}$=1，因?yàn)镼c＞K，平衡左移，V_正＜V_逆．
故答案為：＜；因?yàn)镼c＞K，平衡左移，所以V_正＜V_逆；
（5）二甲醚、乙醇、水為互溶的液體，沸點(diǎn)不同，采取蒸餾的方法將二甲醚分離，故答案為：蒸餾．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．