题目内容

6.二甲醚被称为21世纪的新型燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用.工业上常采用甲醇气相脱水法来获取.其反应方程式为:
2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)
完成下列填空:
(1)有机物分子中都含碳元素,写出碳原子最外层电子的轨道表示式;
写出甲醇分子中官能团的电子式.
(2)碳与同主族的短周期元素相比,非金属性较强的是C(填元素符号).写出一个能证明你的结论的化学方程式Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓.
(3)在温度和体积不变的情况下,能说明反应已达到平衡状态的是ac(选填编号)
a.CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2:1
b.容器内压强保持不变
c.H2O(g)浓度保持不变
d.气体平均相对分子质量保持不变
(4)一定温度下,在三个体积约为2.0L的恒容密闭容器中发生上述反应:
容器
编号
温度(℃)起始物质的量(mol)平衡物质的量(mol)
CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)
I3870.400.160.16
Ⅱ3870.80a
Ⅲ2070.400.180.18
①若要提高CH3OH的平衡转化率,可以采取的措施是ad(选填编号).
a.及时移走产物       b.升高温度      c.充入CH3OHd.降低温度
②I号容器内的反应经过t min达到平衡,则CH3OH的平均反应速率为$\frac{0.16}{t}$mol/(L.min)(用含t的式子表示).II号容器中a=0.32mol.
(5)若起始时向容器I中充入CH3OH 0.2mol、CH3OCH30.30mol和H2O 0.20mol,则反应将向正(填“正”“逆”)反应方向进行.

分析 (1)碳原子最外层4个电子为第二电子层的2个s电子和2个P电子,甲醇中的官能团为羟基,为中性原子团,氧原子和氢原子形成一对共用电子对;
(2)同主族元素原子从上到下失电子能力增强,得到电子能力减弱,可以利用最高价含氧酸的酸性强弱比较非金属性强弱;
(3)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g),反应是气体体积不变的反应,达到平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变,反应过程中的“变量不变”是判断依据;
(4)①Ⅰ、Ⅲ实验可知起始量相同,达到平衡状态,温度越高甲醚物质的量减小,平衡逆向进行,说明正反应为放热反应,若要提高CH3OH的平衡转化率,需要改变条件使平衡正向进行;
②I号容器内的反应经过t min达到平衡生成CH3OCH3(g)物质的量为0.16mol,计算消耗甲醇物质的量为0.16mol,结合反应速率V=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算甲醇表示的反应速率;依据三段式列式计算Ⅰ的平衡常数,Ⅱ实验温度不变平衡常数不变,依据平衡常数列式计算a值;
(5)若起始时向容器I中充入CH3OH 0.2mol、CH3OCH30.30mol和H2O 0.20mol,计算此时浓度商,和平衡常数比较分析判断反应进行方向;

解答 解:(1)碳原子最外层4个电子为第二电子层的2个s电子和2个P电子,碳原子最外层电子的轨道表示式,甲醇中的官能团为羟基,为中性原子团,氧原子和氢原子形成一对共用电子对,电子式为;

故答案为:,;
(2)同主族元素原子从上到下失电子能力增强,得到电子能力减弱,所以非金属性较强的是C,可以利用最高价含氧酸的酸性强弱比较非金属性强弱,如二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中生成硅酸沉淀,反应的化学方程式为:Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓;
故答案为:C、Na2SiO3+CO2+H2O→Na2CO3+H2SiO3↓;
(3)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g),反应是气体体积不变的反应,达到平衡的标志是正逆反应速率相同,各组分含量保持不变;
a.速率之比等于化学方程计量数之比为正反应速率之比,CH3OH的消耗速率与CH3OCH3的消耗速率之比为2:1,说明CH3OCH3的正逆反应速率相同,故a正确;
b.反应前后气体体积不变,反应过程中容器内压强始终保持不变,不能说明反应达到平衡状态,故b错误;
c.H2O(g)浓度保持不变是破坏的标志,故c正确;
d.反应前后气体质量不变,物质的量不变,气体平均相对分子质量始终保持不变,不能说明反应达到平衡状态,故d错误;
故答案为:ac;
(4)①Ⅰ、Ⅲ实验可知起始量相同,达到平衡状态,温度越高甲醚物质的量减小,平衡逆向进行,说明正反应为放热反应,若要提高CH3OH的平衡转化率,需要改变条件使平衡正向进行,
a.及时移走产物,平衡正向进行,甲醇转化率增大,故a正确;       
b.反应是放热反应,升高温度平衡逆向进行,故b错误;      
c.充入CH3OH,相当于增大压强,平衡不动.故c错误;
d、降低温度平衡正向进行,甲醇转化率增大,故d正确;
故答案为:ad;
②I号容器内的反应经过t min达到平衡生成CH3OCH3(g)物质的量为0.16mol,计算消耗甲醇物质的量为0.32mol,结合反应速率概念计算甲醇表示的反应速率V=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.32mol}{2L}}{tmin}$=$\frac{0.16}{t}$mol/L•min;
依据三段式列式计算Ⅰ的平衡常数,
              2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 0.2          0          0
变化量(mol/L) 0.16          0.08     0.08
平衡量(mol/L) 0.04         0.08      0.08
平衡常数K=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4
Ⅱ实验温度不变平衡常数不变,依据平衡常数列式计算a值
                2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始量(mol/L)  0.4         0            0
变化量(mol/L)  a         0.5a          0.5a
平衡量(mol/L) 0.4-a     0.5a          0.5a
$\frac{0.5a×0.5a}{(0.4-a)^{2}}$=4
a=0.32mol;
故答案为:$\frac{0.16}{t}$mol/L•min,0.32;
(5)若起始时向容器I中充入CH3OH 0.2mol、CH3OCH30.30mol和H2O 0.20mol,计算此时浓度商Q=$\frac{\frac{0.2}{2}×\frac{0.3}{2}}{(\frac{0.2}{2})^{2}}$=1.5<K,平衡常数比较分析判断反应进行方向是正向进行;
故答案为:正.

点评 本题考查了物质结构分析,周期表递变规律的应用,化学平衡影响因素、平衡标志、平衡常数的计算应用,掌握基础是解题关键,题目难度中等.

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