Question

7．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可替代氟利昂作制冷剂，对臭氧层无破坏作用．工业上可利用水煤气合成二甲醚，总反应为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ/mol
（1）该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{c}^{3}（CO）}$．温度升高平衡常数变小（填“变大”、“变小”、“不变”）
（2）在一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，只改变一个条件能同时提高反应速率和CO的转化率的是cd（填字母代号）．
a．降低温度　              b．加入催化剂　         c．缩小容器体积
d．增加H₂的浓度            e．增加CO的浓度
（3）在一定温度下，在容积为1L的密闭容器中充入3mol H₂、3mol CO，发生反应：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在10min时刚好达到平衡，此
时测得H₂的物质的量浓度为1.5mo1•L-1．则：
①衡时n（CH₃OCH₃）=0.5，平衡时CO的转化率为50%．
②达到平衡后，若向容器中再充入1mol H₂、1mol CO₂，经一定时间达到平衡，反应开始时正、逆反应速率的大小：v（正）＞ v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）．
③在该反应条件下能判断反应达到化学平衡状态的依据是D（填编号）．
A．v（CO）=3v（CO₂）        B．生成a mol CO₂的同时消耗3a mol H₂
C．c（CO₂）=c（CO）          D．混合气体的平均相对分子质量不变
E．气体的密度不再改变        F．气体的总质量不再改变．

Answer 1

分析 （1）依据平衡常数概念写出表达式；因反应是放热反应，升温，平衡逆向进行，平衡常数减小；
（2）改变条件增大反应速率，可以采取加入催化剂、升温、加压、增大浓度等措施，且提高CO的转化率应使平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理分析解答；
（3）①在一定温度下，在容积为1L的密闭容器中充入3mol H₂、3mol CO，发生反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在10min时刚好达到平衡，此时测得H₂的物质的量浓度为1.5mo1•L^-1．物质的量1.5mo1•L^-1×1L=1.5mol，
             3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
起始量（mol） 3        3         0          0
变化量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
平衡量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②依据①计算平衡常数，计算此时的浓度商和平衡常数比较大小判断反应进行的方向；
③根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．

解答 解：（1）该反应的平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{c}^{3}（CO）}$，因反应是放热反应，升温，平衡逆向进行，平衡常数减小，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）{c}^{3}（CO）}$；变小；
（2）a．正反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，但反应速率减小，故a错误；
b．加入催化剂，反应速率增大，不影响平衡移动，CO的转化率不变，故b错误；
c．正反应为气体体积减小的反应，缩小容器体积，压强增大，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故c正确；
d．增加H₂的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，CO的转化率增大，故d正确；
e．增加CO的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率减小，故e错误；
故答案为：cd；
（3）①在一定温度下，在容积为1L的密闭容器中充入3mol H₂、3mol CO，发生反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在10min时刚好达到平衡，此时测得H₂的物质的量浓度为1.5mo1•L^-1．物质的量1.5mo1•L^-1×1L=1.5mol，
             3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
起始量（mol） 3        3         0          0
变化量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
平衡量（mol） 1.5      1.5       0.5        0.5
衡时n（CH₃OCH₃）=0.5mol，
平衡时CO的转化率=$\frac{1.5mol}{3mol}$×100%=50%，
故答案为：0.5；50%；　 
②平衡常数K=$\frac{0.5×0.5}{1．{5}^{3}×1．{5}^{3}}$=0.022，达到平衡后，若向容器中再充入1mol H₂、1mol CO₂，Qc=$\frac{1.5×0.5}{2．{5}^{3}×1．{5}^{3}}$=0.014＜K，反应正向进行，v（正）＞v（逆），
故答案为：＞；
③A．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，在任何时候，反应速率v（CO）=3v（CO₂），不能证明反应达到平衡状态，故A错误；
B．在任何时候，生成amolCO₂的同时消耗3amolH₂，说明反应正向进行，不能证明反应达到平衡状态，故B错误；
C．c（CO₂）=c（CO），和起始量、变化量有关，不能证明反应达到平衡状态，故C错误；
D．反应前后气体质量不变，气体物质的量减小，反应过程中混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故D正确；
E．体积不变的密闭容器中，气体质量不变，体积不发生变化，所以气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故E错误；
F．密闭容器中气体质量始终不变，所以气体的总质量不再改变，不能说明反应达到平衡状态，故F错误；
故答案为：D．

点评 本题考查反应热计算、化学平衡影响因素、化学平衡计算等，难度中等，注意平衡常数和浓度商比较判断反应进行方向的方法．