Question

5．二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）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
（2）该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{c（{CH}_{3}O{CH}_{3}）•c{（CO}_{2}）}{{c}^{3}（CO）{•c}^{3}{（H}_{2}）}$．温度升高平衡常数减小（填“变大”、“变小”、“不变”）
（3）在一体积可变的密闭容器中充入3mol H₂、3mol CO、1mol CH₃OCH₃、1mol CO₂，在一定温度和压强下发生反应：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍．
问：①反应开始时正、逆反应速率的大小：v（正）＞v（逆）（填“＞”“＜”或“=”）
②平衡时n（CH₃OCH₃）=1.75mol，平衡时CO的转化率为75%．

Answer 1

分析 （1）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，但不能只增大CO的浓度，否则CO转化率为降低，结合平衡移动原理分析解答；
（2）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
（3）①同温同压下，气体密度之比等于平均相对分子质量之比，平衡时混合气体密度增大，说明混合气体物质的量减小，反应正向进行建立平衡；
②平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则平衡时混合气体物质的量为（3mol+3mol+1mol+1mol）×$\frac{1}{1.6}$=5mol，结合差量法计算解答．

解答 解：（1）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；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（{CH}_{3}O{CH}_{3}）•c{（CO}_{2}）}{{c}^{3}（CO）{•c}^{3}{（H}_{2}）}$，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，
故答案为：$\frac{c（{CH}_{3}O{CH}_{3}）•c{（CO}_{2}）}{{c}^{3}（CO）{•c}^{3}{（H}_{2}）}$；减小；
（3）①同温同压下，气体密度之比等于平均相对分子质量之比，平衡时混合气体密度增大，说明混合气体物质的量减小，反应正向进行建立平衡，故v（正）＞v（逆），故答案为：＞；
②平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，则平衡时混合气体物质的量为（3mol+3mol+1mol+1mol）×$\frac{1}{1.6}$=5mol，则：
              3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△n=4
开始（mol）：3        3                    1              1
变化（mol）：2.25     2.25             0.75         0.75    8-5=3
平衡（mol）：0.75      0.75            1.75        1.75
故平衡时n（CH₃OCH₃）=1.75mol，
平衡时CO的转化率为为$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案为：1.75mol；75%．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数等，难度中等，掌握三段式在化学平衡计算中应用，（3）中关键是判断起始与平衡时混合气体总物质的量关系．