Question

18．如圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運用所學知識，解決下列問題：

Ⅰ．已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為：K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，它所對應反應的化學方程式C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）（要注明物質(zhì)的狀態(tài)）．
II、二甲醚（CH₃OCH₃）在未來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室中（壓力2.0～10.0MPa，溫度230～280℃）進行下列反應：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=一90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=一23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂O（g）?CO₃（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）催化反應室中總反應的熱化學方程式為3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1．830℃時反應③的K=1.0，則在催化反應室中反應③的K＞1.0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）在某溫度下，若反應①的起始濃度分別為，c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則5min 內(nèi)CO的平均反應速率為0.1mol/（L•min）；若反應物的起始濃度分別為：c（CO）=4mol/L，c（H₂）=amol/L，達到平衡后，c（CH₃OH）=2mol/L，a=5.4mol/L．

Answer 1

分析 I．根據(jù)平衡常數(shù)表達式可寫成化學方程式；
Ⅱ．（1）運用蓋斯定律按照目標方程式將已知的熱化學方程式變形運算得到所要求得目標反應的熱化學方程式；反應③為放熱反應降低溫度平衡正向移動K值增大；
（2）列三段表示出反應達到平衡過程中各物質(zhì)的濃度，運用反應速率表達式求出5min內(nèi)CO的平均反應速率，應用K求出a值．

解答 解：Ⅰ．因為K=$\frac{C（{H}_{2}）•C（CO）}{C（{H}_{2}O）}$，所以該反應的方程式為：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g），注意C為固態(tài)，不列入平衡常數(shù)表達式，
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
依據(jù)蓋斯定律將方程式變形①×2+②+③得 3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=△H₁×2+△H₂+△H₃=-246.1kJ•mol^-1
反應③為放熱反應降低溫度平衡正向移動K值增大，830℃時反應③的K=1.0，催化反應室中溫度為230～280℃，所以K值增大，K＞1.0；
故答案為：3CO（g）+3H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ•mol^-1；＞；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（ mol/L） 1 2.4 0
轉(zhuǎn)化濃度（ mol/L） 0.5 1 0.5
平衡濃度（ mol/L） 0.5 1.4 0.5
△C（CO）=1×0.5=0.5
V（CO）=△C（CO）÷t=0.5mol/L÷5min=0.1mol/（L•min）；
K=$\frac{[CH{\;}_{3}OH]}{[CO][H{\;}_{2}]{\;}^{2}}$=$\frac{0.5}{0.5×1.4{\;}^{2}}$=$\frac{1}{1.4{\;}^{2}}$
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始濃度（ mol/L） 4 a 0
轉(zhuǎn)化濃度（ mol/L） 2 4 2
平衡濃度（ mol/L） 2 a-4 2
因為溫度相同所以改變初始濃度后平衡常數(shù)不變K=$\frac{2}{2×（a-4）{\;}^{2}}$=$\frac{1}{1.4{\;}^{2}}$
a=5.4mol/L；
故答案為：0.1mol/（L•min）； 5.4．

點評 本題考查了蓋斯定律求反應熱、化學平衡常數(shù)表達式及其應用，難度中等，注意平衡常數(shù)的應用．