Question

必考题二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：请填空：

（1）在一定条件下，反应室1中发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）△H＞0．在其它条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将______（填“增大”、“减小”或“不变”）．将1.0molCH₄和2.0molH₂O通入反应室1（假设容积为100L），10min末有0.1molCO生成，则10min内反应的平均速率V（H₂）=______．
（2）在一定条件下，已知反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，其化学方程式为______．
（3）在压强为0.1MPa条件下，反应室3（容积为VL）中amolCO与2amolH₂在催化剂作用下反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示，则：
①P₁______P₂ （填“＜”、“＞”或“=“）．
②在其它条件不变的情况下，反应室3再增加amolCO与2amolH₂，达到新平衡时，CO的转化率______（填“增大”、“减小”或“不变”．下同．），平衡常数______．
③在P₁压强下，100℃时，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数为______（用含a、V的代数式表示）．

Answer 1

【答案】分析：（1）温度对正逆反应速率的影响一致，升高反应速率增大，降低温度反应速率减小；
根据v=计算出v（CO），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）．
（2）CO与H₂在一定条件下，生成二甲醚和气态水，根据守恒配平写出反应方程式．
（3）①采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₂的CO转化率高，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动．
②恒温恒容下，增加amolCO与2amolH₂，CO与H₂的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变．
③利用三段式求出CO与H₂在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度，代入平衡常数k=，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数为上述平衡常数的倒数．
解答：解：（1）温度对正逆反应速率的影响一致，降低温度反应速率减小；
v（CO）==0.0001mol?L^-1?min^-1，
速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CO）=3×0.0001mol?L^-1?min^-1=0.0003mol?L^-1?min^-1．
故答案为：减小；0.0003mol?L^-1?min^-1
（2）CO与H₂在一定条件下，生成二甲醚和气态水，反应方程式为2CO+4H₂CH₃OCH₃+H₂O．
故答案为：2CO+4H₂CH₃OCH₃+H₂O
（3））①由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₂的CO转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P₁＜P₂；
故答案为：＜
②恒温恒容下，增加amolCO与2amolH₂，CO与H₂的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，CO的转化率增大；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变．
故答案为：增大；不变
③利用三段式求出CO与H₂在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度，由图可知100℃时，达到平衡时，CO的转化率为0.5，则    
                  CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），
开始（mol/L）：       2             0
变化（mol/L）：0.5                   0.5    
平衡（mol/L）：0.5                   0.5    
代入平衡常数k===，
所以100℃时，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数为=．
故答案为：
点评：考查化学反应速率计算、平衡移动、平衡常数等，难度中等，注意三段式解题法的运用，反应速率的计算既可利用定义法也可利用化学计量数法．