Question

14．醇是重要的有機化工原料．一定條件下，甲醇可同時發(fā)生下面兩個反應：
 i.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）        
ii.2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+H₂O（g）
I．上述反應過程中能量變化如圖所示：

（1）在某密閉容器中，充人一定量CH₃OH（g）發(fā)生上述兩個反應，反應�。ㄌ睢癷”或“ii”）的速率較大，其原因為該反應的活化能較小．若在容器中加入催化劑，使ii的反應速率增大，則E₁和E₂-E₁的變化是：
E₁減�。籈₂-E₁不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）已知：CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．則乙烯氣相直接水合反應C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的△H=-45.5 kJ•mol^-1．
Ⅱ，某研究小組通過控制反應條件，在三個容積均為2L的密閉容器中只發(fā)生反應i，起始反應溫度均為T℃，起始投料如下表所示：

起始投料/mol 編號	CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
恒溫容器1	2	0	0
恒溫容器2	0	2	2
絕熱容器3	2	0	0

（3）比較平衡時容器1中c₁（H₂O）和容器2中c₂（H₂O）的大小：c₁（H₂O）＜c₂（H₂O）（填“＞”、“＜”或“=”）；三個容器中反應的化學平衡常數分別記為K₁、K₂和K₃，三者的大小關系為K₁=K₂＞K₃．
（4）若容器1中平衡時CH₃OH（g）的轉化率為80%，則該溫度下反應i的平衡常數K=4．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）如圖分析可知，反應的活化能越小反應速率越快，加入催化劑能降低反應的活化能，催化劑不改變反應物總能量與生成物總能量之差即反應熱不變．
（2）分析圖象2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1KJ/mol，2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．則乙烯氣相直接水合反應C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的熱化學方程式可以依據蓋斯定律計算得到；
Ⅱ、（3）圖表數據都是在恒溫容器中進行的反應，達到平衡的方向不同，但反應的平衡常數不變，反應i為2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應前后氣體體積不變，容器1正向進行，容器2逆向進行，相當于容器1中達到平衡基礎上增大壓強，平衡不動，但物質濃度增大，反應速率增大，容器3是絕熱容器，反應達到平衡容器中溫度高于容器1，平衡應逆向進行，平衡常數減�。�
（4）若容器l中平衡時CH₃OH（g） 的轉化率為80%，結合化學平衡三段式列式計算平衡你的，平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$．

解答 解：（1）反應的活化能越小反應速率越快，在某密閉容器中，充人一定量CH₃OH（g）發(fā)生上述兩個反應中反應i和ii相比，反應i的活化能小，反應速率快，加入催化劑改變了反應的途徑，降低反應所需的活化能，所以E₁和E₂的變化是減小，催化劑不改變反應物總能量與生成物總能量之差即反應熱不變，E₂-E₁的大小為反應的焓變，活化能大小對該反應的反應熱無影響，
故答案為：ⅰ；該反應的活化能較小；減小；不變；
（2）分析圖象得到反應①2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1KJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，
③CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．
依據蓋斯定律②-①-③得到乙烯氣相直接水合反應的熱化學方程式為：
C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）△H=-45.5 kJ•mol^-1
故答案為：-45.5 kJ•mol^-1；
Ⅱ、（3）圖象分析可知，反應為：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，圖表數據都是在恒溫容器中進行的反應，達到平衡的方向不同，但反應的平衡常數不變，K₁=K₂，反應i為2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應前后氣體體積不變，容器1正向進行，容器2逆向進行，相當于容器1中達到平衡基礎上增大壓強，平衡不動，但物質濃度增大，c₁（H₂O）＜c₂（H₂O），容器3是絕熱容器，反應達到平衡容器中溫度高于容器1，平衡應逆向進行，平衡常數減小，K₁=K₂＞K₃，
故答案為：＜；K₁=K₂＞K₃；
（4）若容器l中平衡時CH₃OH（g） 的轉化率為80%，
                2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 2               0          0
變化量（mol/L） 2×80%         0.8        0.8
平衡量（mol/L） 0.4            0.8        0.8
K=$\frac{0.8×0.8}{0．{4}^{2}}$=4，
故答案為：4．

點評 本題考查了化學平衡、平衡常數的影響因素分析判斷，平衡常數計算應用，注意圖象分析和熱化學方程式的分析判斷，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．