Question

14．日常生活、生產(chǎn)中甲烷既是重要的清潔能源也是一種重要的化工原料．
（1）如圖1是CH₄/H₂O體系放氫焓變示意圖：則CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+123.8kJ•mol^-1．
（2）合成氣（CO、H₂）是一種用途相當(dāng)廣泛的化工基礎(chǔ)原料，常被用來合成很多有機(jī)物，如甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等．
①在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，物質(zhì)的量之比為1：3的CO、H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．若容器體積不變，改變下列條件新平衡下甲醇體積分?jǐn)?shù)增大的是D（填字母）．
A．升高溫度                                   B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入N₂使體系總壓強(qiáng)增大                    D．再充入1mol CO和3mol H₂
②二甲醚被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”．一定條件下利用H₂、CO合成CH₃OCH₃．其反應(yīng)方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•{c}^{3}（CO）}$．最近研究發(fā)現(xiàn)一種新型的催化劑（主要成分是Cu、Mn的合金）對CO和H₂合成二甲醚具有較好的催化效率．根據(jù)如圖2判斷，催化劑中n（Mn）/n（Cu）約為2.0時(shí)最有利于二甲醚的合成．
③以甲醇為原料是合成二甲醚的又一途徑：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．一定溫度下，向2L某容器中充入一定量的CH₃OH，10s到達(dá)平衡后測得CH₃OH 0.04mol，CH₃OCH₃0.08mol，則用甲醇表示反應(yīng)在10s內(nèi)的平均反應(yīng)速率為0.008mol•L^-1•s^-1，相同條件下起始時(shí)向該容器中充入CH₃OH 0.15mol、CH₃OCH₃0.15mol、和H₂O 0.10mol，則反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進(jìn)行（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）．

Answer 1

分析 （1）由圖象可知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為分別為①CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1、②CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+165.0kJ•mol^-1，②×2-①可得反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①使甲醇體積分?jǐn)?shù)增大，應(yīng)使平衡正向移動(dòng)；
②已知3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），平衡常數(shù)為生成物與反應(yīng)物濃度冪之積的比值；由圖可知n（Mn）/n（Cu）約為2.0時(shí)，轉(zhuǎn)化率選擇性最大；
③10s到達(dá)平衡后測得CH₃OH 0.04mol，CH₃OCH₃0.08mol，由方程式可計(jì)算反應(yīng)的甲醇的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算反應(yīng)速率，計(jì)算平衡常數(shù)，可判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向．

解答 解：（1）由圖象可知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為分別為①CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+206.2kJ•mol^-1、②CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+165.0kJ•mol^-1，②×2-①可得反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+123.8kJ•mol^-1，
故答案為：+123.8kJ•mol^-1；
（2）①A．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇體積分?jǐn)?shù)減小，故A錯(cuò)誤；
 B．將CH₃OH（g）從體系中分離，雖然平衡正向移動(dòng)，但甲醇體積分?jǐn)?shù)減小，故B錯(cuò)誤；
C．充入N₂使體系總壓強(qiáng)增大，但參加反應(yīng)的氣體的濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇體積分?jǐn)?shù)不變，故C錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO和3mol H₂，平衡正向移動(dòng)，甲醇體積分?jǐn)?shù)增大，故D正確．
故答案為：D；
②已知3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），則K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•{c}^{3}（CO）}$，由圖可知，n（Mn）/n（Cu）約為2.0時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率較大，轉(zhuǎn)化率選擇性最大，最有利于二甲醚的合成，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）•{c}^{3}（CO）}$； 2.0；
③2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始（mol）   0.2                       0                       0
轉(zhuǎn)化（mol）0.16                      0.08                   0.08
平衡（mol）0.04                       0.08                  0.08
則甲醇表示反應(yīng)在10s內(nèi)的平均反應(yīng)速率為$\frac{\frac{0.16mol}{2L}}{10s}$=0.008mol•L^-1•s^-1，
體積為2L，則K=$\frac{0.04×0.04}{0.0{2}^{2}}$=4，
相同條件下起始時(shí)向該容器中充入CH₃OH 0.15mol、CH₃OCH₃0.15mol、和H₂O 0.10mol，則$\frac{0.075×0.050}{0.07{5}^{2}}$=0.67＜4，
則反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：0.008mol•L^-1•s^-1；正反應(yīng)．

點(diǎn)評 本題化學(xué)平衡圖象為載體考查化學(xué)平衡計(jì)算以及反應(yīng)熱與焓變知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，把握圖中轉(zhuǎn)化率、合成二甲醚的條件等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意橫坐標(biāo)的含義，題目難度不大．