Question

【題目】工業上用CO和H2反應制備二甲醚(CH3OCH3)的條件是壓力2.0~10.0MPa，溫度300℃。設備中進行下列反應，請回答下列問題：

①CO(g)+2H2(B)CH3OH(g) △H=-90.7kJ/mol

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5kJ/mol

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.2kJ/mol

（1）總反應3CO(g)+3H2(g)=CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=_____________ 。據此可判斷該反應_________________條件下自發。

（2）在溫度和容積不變的條件下發生反應①，能說明該反應達到平衡狀態的依據是_____

a.容器中壓強保持不變 b.混合氣體中c(CO)不變

c.v正(CO)= v逆(H2) d.c(CH3OH)= c(CO)

（3）在2L 的容器中加入amol CH3OH(g)發生反應②，達到平衡后若再加入amolCH3OH(g)重新達到平衡時，CH3OH 的轉化率____________(填“增大”、“ 減小”或“不變”)。

（4）850℃時在一體積為10L 的容器中通入一定量的CO和H2O(g)發生反應③，CO和H2O(g)濃度變化如圖所示。

①0～4min 的平均反應速率，v(CO)=________________ 。

②若溫度不變，向該容器中加入4mo1CO(g)、2mo1H2O(g)、3mo1CO2(g)和3molH2(g)，起始時v正(CO)______v逆(H2)(填“<”、“ >”或“=”)，請結合必要的計算說明理由。________。

Answer 1

【答案】 -246.1kJ/mol 低溫 ab 不變 0.03mol/(L·min) < Qc = (0.3mol/L×0.3mol/L)/(0.4 mol/L×0.2 mol/L)=9/8，K = (0.12 mol/L×0.12 mol/L)/(0.08mol/L×0.18 mol/L)=1.0，因為Qc>K，平衡左移，所以v正<v逆。

【解析】（1）本題考查熱化學反應方程式的計算，以及化學反應進行的方向，①×2＋②＋③得出：△H=[2×(－90.7)－23.5－41.2]kJ·mol－1=－246.1kJ·mol－1，根據△G=△H－T△S，△H<0，此反應△S<0，因此△G<0，條件是高溫；（2）本題考查化學平衡狀態的判斷，a. 、根據化學反應方程式，反應前后氣體系數之和不相等，因此當壓強不再改變，說明反應達到平衡，故a正確；b、根據化學平衡狀態的定義，因此混合氣體c(CO)不變，說明反應達到平衡，故b正確；c、用不同物質的化學反應速率表示達到平衡，要求反應方向是一正一逆，且化學反應速率之比等于化學計量數之比，因此有2v正(CO)=v逆(H2)，故c錯誤；d、因為沒有說明開始時的投入量，因此c(CH3OH)= c(CO)，不能說明反應達到平衡，故d錯誤；（3）本題考查化學平衡的移動，再加入amolCH3OH,相當于在原來的基礎上增大壓強，反應前后氣體系數之和相等，因此增大壓強平衡不移動，即CH3OH的轉化率不變；（4）考查化學反應速率的計算以及Qc和K的關系，①根據化學反應速率的數學表達式，v(CO)=(0.20－0.08)/4mol/(L·min)=0.03 mol/(L·min)；②Qc = (0.3mol/L×0.3mol/L)/(0.4 mol/L×0.2 mol/L)=9/8，K = (0.12 mol/L×0.12 mol/L)/(0.08mol/L×0.18 mol/L)=1.0，因為Qc>K，平衡左移，所以v正<v逆。