Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀(jì)的新型燃料．以CH和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下：請回答下列有關(guān)問題：

（1）在一定條件下，催化反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＜0．在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應(yīng)速率將

 

 （填“增大”、“減小”或“不變”）．將1mol CH₄和2mol H₂O通入催化反應(yīng)室1（假設(shè)容積為100L），10min末有0.1mol CO生成，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（H₂）=

 

．在催化反應(yīng)室3中（假設(shè)容積為V L）發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-Q kJ?mol^-1．
①將a mol CO與2a mol H₂通入催化反應(yīng)室3，則反應(yīng)達(dá)到平衡時，放出熱量

 

 （大于，小于，等于） 2aQ kJ． 
②一定條件下的密閉容器中，該反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（填字母編號）．
a．高溫高壓  b．加入催化劑 c．增加H₂的濃度d．增加CO的濃度  e．分離出甲醇
③在一定條件下，若CO的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（用含a、V的代數(shù)式表示）．
（3）二甲醚（CH₃OCH₃）也是一種重要的清潔燃料，可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用．利用甲醇可以合成二甲醚，反應(yīng)原理為：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．某溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol?L-1）	0.44	0.6	0.6

若加入CH₃OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為

 

，體系CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)

 

（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．

Answer 1

考點：用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計算,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：

分析：（1）溫度對正逆反應(yīng)速率的影響一致，升高反應(yīng)速率增大，降低溫度反應(yīng)速率減��；根據(jù)v=

△n

△t

計算出v（CO），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）；
①根據(jù)熱化學(xué)方程式的含義以及可逆反應(yīng)的特點來回答；
②提高CO的轉(zhuǎn)化率，可使化學(xué)平衡正向移動，加壓、減小生成物的濃度、增大氫氣的濃度、降溫等均能使反應(yīng)正向移動，以此來解答；
③根據(jù)平衡常數(shù)概念，利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積求解；
（3）根據(jù)方程式計算平衡常數(shù)，然后利用三段式法解答．

解答： 解：（1）溫度對正逆反應(yīng)速率的影響一致，降低溫度反應(yīng)速率減��；
v（CO）=

0.1mol

100L 10min

=0.0001mol?L^-1?min^-1，
速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CO）=3×0.0001mol?L^-1?min^-1=0.0003mol?L^-1?min^-1．
故答案為：減小；0.0003mol?L^-1?min^-1；
①該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，將a mol CO與2a mol H₂通入催化反應(yīng)室3，不可能完全轉(zhuǎn)化，所以達(dá)到平衡時放出熱量小于2aQ kJ，
故答案為：小于；
②a．因該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，則加壓（縮小體積）化學(xué)平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，因該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則升溫平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a不選；
b．加催化劑對平衡移動無影響，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故b不選； 
c．增大H₂的濃度，化學(xué)平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故c選；
d．增大CO的濃度，化學(xué)平衡正向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故d不選；
e．分離出甲醇，化學(xué)平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故e選；
故選ce；
③達(dá)到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，則
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
開始（mol/L）：

a

V

    

2a

V

           0
變化（mol/L）：

0.5a

V

   

a

V

         

0.5a

v

平衡（mol/L）：

0.5a

v

  

a

v

         

0.5a

v

代入平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)

c(CO)[c(H2)]2

=

0.5a v

( 0.5a v )×( a v )2

=

v2

a2

，
故答案為：

v2

a2

；
（3）2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某時刻濃度（mol?L^-1）：0.44       0.6        0.6
轉(zhuǎn)化濃度（mol?L^-1）：2x        x           x
平衡濃度（mol?L^-1）：0.44-2x    0.6+x        0.6+x
K=

(0.6+x)2

(0.44-2x)2

=400，解得x=0.2mol/L，
故平衡時c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
則起始時甲醇的濃度為0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，故平衡時CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為

0.4

1.64

≈24.4%，
平衡時c（CH₃OCH₃）=c（H₂O）=0.6+0.2=0.8mol/L，
體系CH₃OCH₃的體積分?jǐn)?shù)

0.8

0.04+0.8+0.8

≈48.8%，
故答案為：24.4%；48.8%．

點評：本題考查了化學(xué)平衡的計算，主要是平衡濃度、平衡轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計算應(yīng)用，注意對公式的理解與靈活運用，注意三段式應(yīng)用，題目難度中等．