Question

【题目】（10分）下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I.已知该产业链中某反应的平衡表达式为：，它所对应反应的化学方程式___________________（要注明物质的状态）．

II、二甲醚（CH3OCH3）在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2.0～10.0MPa，温度230～280 ℃）进行下列反应：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=一90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝一23.5 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H3=-41.2 kJ·mol-1

（1）催化反应室中总反应的热化学方程式为______________。830℃时反应③的K=1.0 ，则在催化反应室中反应③的K___1.0 （填“> ”、“< ”或“=”)。

（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为，c(CO)=1mol/L,c(H2)=2.4mol/L，5min后达到平衡，CO的转化率为50% ，则5 min 内CO的平均反应速率为______；若反应物的起始浓度分别为：c(CO)=4mol/L,c(H2)=amol/L，达到平衡后，c(CH3OH)=2mol/L，a=______mol/L。

Answer 1

【答案】(10分，每题2分)I．C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

（1）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H=-204.9kJ/mol ＞

（2）0.1mol/(L·min) 5.4

【解析】

试题分析：I．化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此根据某反应的平衡表达式可知该反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

II、（1）已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=一90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝一23.5 kJ·mol-1

则根据盖斯定律可知①×2+②即得到催化反应室中总反应的热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H=-204.9kJ/mol。

催化反应室中温度小于830℃，升高温度反应③平衡向正反应移动，平衡常数增大。

（2）5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）＝1mol/L×50%＝0.5mol/L，所以v（CO）＝0.5mol/L÷5min＝0.1mol/（Lmin）；该温度到达平衡时，c（CO）＝0.5mol/L，c（H2）＝2.4mol/L-2×0.5mol/L＝1.4mol/L，c（CH3OH）＝0.5mol/L，所以该温度下，平衡常数，若反应物的起始浓度分别为：c（CO）＝4mol/L，c（H2）＝a mol/L，达到平衡后，c（CH3OH）＝2mol/L，则平衡时c′（CO）＝4mol/L-2mol/L＝2mol/L，令平衡时氢气的浓度为ymol/L，所以，解得y＝1.4，故a＝2mol/L×2+1.4mol/L＝5.4mol/L。