Question

必考題二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀(jì)的新型燃料．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下：請(qǐng)?zhí)羁眨?br />
（1）在一定條件下，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1.0molCH₄和2.0molH₂O通入反應(yīng)室1（假設(shè)容積為100L），10min末有0.1molCO生成，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率V（H₂）=______．
（2）在一定條件下，已知反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水，其化學(xué)方程式為______．
（3）在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，反應(yīng)室3（容積為VL）中amolCO與2amolH₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，則：
①P₁______P₂ （填“＜”、“＞”或“=“）．
②在其它條件不變的情況下，反應(yīng)室3再增加amolCO與2amolH₂，達(dá)到新平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率______（填“增大”、“減小”或“不變”．下同．），平衡常數(shù)______．
③在P₁壓強(qiáng)下，100℃時(shí)，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)為______（用含a、V的代數(shù)式表示）．

Answer 1

【答案】分析：（1）溫度對(duì)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)速率減小；
根據(jù)v=計(jì)算出v（CO），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）．
（2）CO與H₂在一定條件下，生成二甲醚和氣態(tài)水，根據(jù)守恒配平寫出反應(yīng)方程式．
（3）①采取控制變量法分析，由圖可知溫度相同時(shí)，到達(dá)平衡時(shí)，壓強(qiáng)為P₂的CO轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)．
②恒溫恒容下，增加amolCO與2amolH₂，CO與H₂的比例與原平衡相同，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變．
③利用三段式求出CO與H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇的平衡時(shí)反應(yīng)混合物各組分的濃度，代入平衡常數(shù)k=，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)為上述平衡常數(shù)的倒數(shù)．
解答：解：（1）溫度對(duì)正逆反應(yīng)速率的影響一致，降低溫度反應(yīng)速率減小；
v（CO）==0.0001mol?L^-1?min^-1，
速率之比等于化學(xué)計(jì)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
（2）CO與H₂在一定條件下，生成二甲醚和氣態(tài)水，反應(yīng)方程式為2CO+4H₂CH₃OCH₃+H₂O．
故答案為：2CO+4H₂CH₃OCH₃+H₂O
（3））①由圖可知溫度相同時(shí)，到達(dá)平衡時(shí)，壓強(qiáng)為P₂的CO轉(zhuǎn)化率高，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即P₁＜P₂；
故答案為：＜
②恒溫恒容下，增加amolCO與2amolH₂，CO與H₂的比例與原平衡相同，等效為增大壓強(qiáng)，平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變．
故答案為：增大；不變
③利用三段式求出CO與H₂在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇的平衡時(shí)反應(yīng)混合物各組分的濃度，由圖可知100℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，則    
                  CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），
開始（mol/L）：       2             0
變化（mol/L）：0.5                   0.5    
平衡（mol/L）：0.5                   0.5    
代入平衡常數(shù)k===，
所以100℃時(shí)，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)為=．
故答案為：
點(diǎn)評(píng)：考查化學(xué)反應(yīng)速率計(jì)算、平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)等，難度中等，注意三段式解題法的運(yùn)用，反應(yīng)速率的計(jì)算既可利用定義法也可利用化學(xué)計(jì)量數(shù)法．