Question

1．二甲醚是一種重要的化工原料，利用水煤氣（CO、H₂）合成二甲醚是工業(yè)上的常用方法，該方法由以下幾步組成：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1             ①
2CH₃OH（g?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1      ②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ•mol^-1          ③
（1）反應①的△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．在較高（填“較高”或“較低”）溫度下該反應自發(fā)進行．
（2）在250℃的恒容密閉容器中，下列事實可以作為反應③已達平衡的是BC（填選項字母）．
A．容器內氣體密度保持不變       B．CO與CO₂的物質的量之比保持不變
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1     D．該反應的平衡常數(shù)保持不變
（3）當合成氣中CO與H₂的物質的量之比恒定時，溫度、壓強對CO轉化率的影響如圖1所示．圖1中A點的v（逆）＜B點的v（正）（填“＞”、“＜”或“=”），說明理由B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率．實際工業(yè)生產中該合成反應的條件為500℃、4MPa請回答采用500℃的可能原因500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢．

（4）一定溫度下，密閉容器中發(fā)生反應③，水蒸氣的轉化率與n（H₂O）∕n（CO）的關系如圖2：計算該溫度下反應③的平衡常數(shù)K=1．在圖2中作出一氧化碳的轉化率與n（H₂O）∕n（CO）的曲線．

Answer 1

分析 （1）反應①的正反應為氣體物質的量減小的反應，混亂度減��；△H-T△S＜0反應自發(fā)進行；
（2）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
（3）B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率；
500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢；
（4）由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時水的轉化率為0.5，令水、CO的起始物質的量均為1mol，轉化的水為0.5mol，則：
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1        1       0       0
變化量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5      0.5     0.5     0.5
由于反應前后氣體物質的量不變，用物質的量代替濃度代入K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$計算平衡常數(shù)；
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，CO與水的轉化率相等為50%．

解答 解：（1）反應①的正反應為氣體物質的量減小的反應，混亂度減小，則△S＜0，反應的焓變△H＜0，而△H-T△S＜0反應自發(fā)進行，故在較高溫度下具有自發(fā)性，
故答案為：＜；較高；
（2）A．混合氣體總質量不變，容器容積不變，容器內氣體密度始終保持不變，故A錯誤；
B．CO與CO₂的物質的量之比保持不變，說明二者物質的量保持不變，反應到達平衡，故B正確；
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1，說明水的消耗速率與生成速率相等，反應到達平衡，故C正確；
D．一定溫度下，平衡常數(shù)為單質，該反應的平衡常數(shù)保持不變，不能說明反應到達平衡，故D錯誤，
故選：BC；
（3）B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率，故A點的v（逆）＜B點的v（正）；
500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快，若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢，故選擇500℃的溫度，
故答案為：＜；B點對應的溫度和壓強都比A點高，溫度升高，或壓強增大，都會加快反應速率；500℃時一氧化碳轉化率較大，反應速率也較快．若溫度過高，一氧化碳轉化率降低，若溫度過低，反應速率太慢；
（4）由圖可知，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時水的轉化率為0.5，令水、CO的起始物質的量均為1mol，轉化的水為0.5mol，則：
           CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）：1      1        0       0
變化量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
平衡量（mol）：0.5    0.5      0.5     0.5
由于反應前后氣體物質的量不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$越大CO的轉化率越大，$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$=1時，CO與水的轉化率相等為50%，一氧化碳的轉化率與$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（CO）}$的曲線變化為：，
故答案為：1；．

點評 本題考查化學計算與影響因素、化學平衡圖象、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡常數(shù)、反應自發(fā)性等，（3）中作圖為易錯點，學生容易忽略交點時時轉化率問題．