Question

3．一定溫度下，在三個體積都為2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）

容器編號	溫度（℃）	起始物質(zhì)的量（mol）	平衡物質(zhì)的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O
Ⅰ	390	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	390
Ⅲ	230	0.20	0.090	0.090

回答下列問題：
（1）反應(yīng)的△H＜O （填“＞”或“＜”）；判斷的理由是投料量相同時，溫度高的容器，平衡時二甲醚的物質(zhì)的量大，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H小于0．容器I到達(dá)平衡所需的時間為20s，反應(yīng)速率v（CH₃OH）為0.004mol/（L•s）．390℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=4（填數(shù)值）．
（2）容器II達(dá)平衡時，壓強是容器I的兩倍，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)和容器I中的相同，CH₃OH起始的物質(zhì)的量為0.40mol；平衡時CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)為20%．
（3）t分鐘后容器III達(dá)到平衡，t＞20s（填“＞”“＜”或“=”）．判斷的理由是甲醇的起始濃度相同，但容器I的溫度大于容器III的溫度．
請在圖中分別畫出容器I和容器III中CH₃OH（g）濃度變化的曲線示意圖．
（4）390℃，若向3L容器中充入0.9mol CH₃OH（g），0.6mol CH₃OCH₃（g）和0.3molH₂O（g），則起始時該反應(yīng)速率V正＞V逆．（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）由I和Ⅲ可知，溫度越高，生成CH₃OCH₃（g）越少，則升高溫度平衡逆向移動；結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計算速率，
          2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量：0.2                     0                      0
轉(zhuǎn)化量：0.16                  0.08                  0.08
平衡量：0.04                  0.08                  0.08
平衡時濃度分別為0.02mol/L、0.04mol/L、0.04mol/L，結(jié)合K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比計算；
（2）容器Ⅱ達(dá)平衡時，壓強是容器Ⅰ的兩倍，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)和容器Ⅰ中的相同，則互為等效平衡，又該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以只要反應(yīng)物成比例即等效，等效平衡各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同；
（3）溫度低，反應(yīng)速率慢，平衡正向移動，生成物增加；
（4）比較Qc與K，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向．

解答 解：（1）溫度降低，平衡向著放熱方向移動，從圖表可得，起始投入量相同時，Ⅲ比Ⅰ的溫度低，平衡時二甲醚的物質(zhì)的量大，說明正方向為放熱方向，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；容器I到達(dá)平衡所需的時間為20s，反應(yīng)速率v（CH₃OH）為$\frac{\frac{2×0.08}{2L}}{20s}$=0.004mol/（L•s），
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量：0.2                     0                      0
轉(zhuǎn)化量：0.16                  0.08                  0.08
平衡量：0.04                  0.08                  0.08
平衡時濃度分別為0.02mol/L、0.04mol/L、0.04mol/L，
390℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=$\frac{0.04×0.04}{0.0{2}^{2}}$=4，
故答案為：＜；投料量相同時，溫度高的容器，平衡時二甲醚的物質(zhì)的量大，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H小于0；0.004；K₁=4；
（2）容器Ⅱ達(dá)平衡時，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)和容器Ⅰ中的相同，則互為等效平衡，又該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以只要反應(yīng)物成比例即等效，又壓強容器Ⅱ達(dá)平衡時是容器Ⅰ的兩倍，所以開始反應(yīng)物也應(yīng)該是容器Ⅰ的兩倍，則CH₃OH起始的物質(zhì)的量為0.40mol；等效平衡各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同，所以平衡時CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)與容器Ⅰ相同，根據(jù)（1）的三段式，則容器Ⅰ平衡時CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{0.04}{0.08+0.08+0.04}$×100%=20%，所以容器Ⅱ平衡時CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)也為20%．
故答案為：0.40mol；20%；
（3）溫度低，反應(yīng)速率慢，平衡正向移動，生成物增加，甲醇的起始濃度相同，但容器I的溫度大于容器III的溫度，溫度越高，速度越快，則t＞20s；作圖為，故答案為：＞；甲醇的起始濃度相同，但容器I的溫度大于容器III的溫度；；
（4）c（CH₃OH）=$\frac{0.9mol}{3L}$=0.3mol/L，c（CH₃OCH₃ ）=$\frac{0.6mol}{3L}$=0.2mol/L，c（H₂O）=$\frac{0.3mol}{3L}$=0.1mol/L，Qc=$\frac{0.2×0.1}{0．{3}^{2}}$=$\frac{2}{9}$，因為390℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=4，則Qc=$\frac{2}{9}$＜K=4，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，v正＞v逆，
故答案為：＞．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握化學(xué)平衡三段法、平衡移動、K的計算等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，注意等效平衡的應(yīng)用，題目難度不大．