题目内容

13.一定温度下,在三个体积都为2L的恒容密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
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)
Ⅰ3900.200.0800.080
Ⅱ390
Ⅲ2300.200.0900.090
回答下列问题:
(1)反应的△H<O (填“>”或“<”);判断的理由是投料量相同时,温度高的容器,平衡时二甲醚的物质的量小,说明反应为放热反应,△H小于0.
(2)容器I到达平衡所需的时间为20s,反应速率v(CH3OH)为0.004mol/(L•s).390℃时该反应的平衡常数K1=4(填数值).
(3)容器II达平衡时,压强是容器I的两倍,CH3OH的体积分数和容器I中的相同,CH3OH起始的物质的量为0.40mol;平衡时CH3OH(g)的体积分数为20%.
(4)390℃,若向3L容器中充入0.9mol CH3OH(g),0.6mol CH3OCH3(g)和0.3molH2O(g),则起始时该反应速率V正>V逆.(填“>”“<”或“=”)

分析 (1)温度降低,化学平衡向着放热方向移动.
(2)根据v=$\frac{△c}{△t}$,再根据化学平衡常数k=$\frac{c({H}_{2}O)•c(C{H}_{3}OC{H}_{3})}{c^2(C{H}_{3}OH)}$计算.
(3)容器Ⅱ达平衡时,压强是容器Ⅰ的两倍,CH3OH的体积分数和容器Ⅰ中的相同,则互为等效平衡,又该反应为气体体积不变的反应,所以只要反应物成比例即等效,等效平衡各物质的体积分数相同,据此分析.
(4)根据化学平衡常数与浓度商的相对大小判断反应方向,如果浓度商小于平衡常数,则平衡向正反应方向进行.

解答 解:(1)温度降低,平衡向着放热方向移动,从图表可得,起始投入量相同时,Ⅲ比Ⅰ的温度低,平衡时二甲醚的物质的量小,说明正方向为放热方向,该反应为放热反应.
故答案为:<;投料量相同时,温度高的容器,平衡时二甲醚的物质的量小,说明反应为放热反应,△H小于0.
(2)390℃时,根据三段式:
          2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始量:0.2                     0                      0
转化量:0.16                  0.08                  0.08
平衡量:0.04                  0.08                  0.08
则,v(CH3OH)=$\frac{0.16mol÷2L}{20s}$=0.004mol/(L•s),化学平衡常数k=$\frac{(0.08mol÷2L)•(0.08÷2L)}{(0.04÷2L)^2}$=4
故答案为:0.004;4   
(3)容器Ⅱ达平衡时,CH3OH的体积分数和容器Ⅰ中的相同,则互为等效平衡,又该反应为气体体积不变的反应,所以只要反应物成比例即等效,又压强容器Ⅱ达平衡时是容器Ⅰ的两倍,所以开始反应物也应该是容器Ⅰ的两倍,则CH3OH起始的物质的量为0.40mol;等效平衡各物质的体积分数相同,所以平衡时CH3OH(g)的体积分数与容器Ⅰ相同,根据(1)的三段式,则容器Ⅰ平衡时CH3OH(g)的体积分数为:$\frac{0.04}{0.08+0.08+0.04}$×100%=20%,所以容器Ⅱ平衡时CH3OH(g)的体积分数也为40%.
故答案为:0.40mol;20%     
 (4)c(CH3OH)=$\frac{0.9mol}{3L}$=0.3mol/L,c(CH3OCH3 )=$\frac{0.6mol}{3L}$=0.2mol/L,c(H2O)=$\frac{0.3mol}{3L}$=0.1mol/L,浓度商=$\frac{0.2×0.1}{0.3^2}$=$\frac{2}{9}$,因为387℃时该反应的平衡常数K1=4,又降温平衡向正反应方向移动,所以208℃时平衡常数大于4,则浓度商=$\frac{2}{9}$<4,所以平衡向正反应方向移动,v正>v逆,
故答案为:>.

点评 本题考查了化学平衡常数的有关计算以及等效平衡的应用,根据平衡常数公式计算平衡常数,再结合浓度与反应速率的关系、化学平衡常数与浓度商之间的关系来分析解答,注意该反应特点,题目难度中等

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