Question

8．将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
（1）该反应的化学平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
（2）已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，达平衡时CO₂的转化率如图所示：
①该反应的△H＜0；（填“＞”或“＜”）．
②若温度不变，减小反应投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$，K值将不变（填“增大”、“减小”或“不变”）；
③700K投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，达平衡时H₂的转化率a=45%；
（3）某温度下，向体积一定的密闭容器中通入CO₂（g）与H₂（g）发生上述反应，下列物理量不再发生变化时，能说明反应达到平衡状态的是ABC；
A．二氧化碳的浓度       B．容器中的压强
C．气体的密度           D．CH₃OCH₃与H₂O的物质的量之比
（4）某温度下，在体积可变的密闭容器中，改变起始时加入各物质的量，在不同的压强下，平衡时CH₃OCH₃（g）的物质的量如表所示：

	P1	P2	P3
I．2.0molCO2       6.0molH2	0.10mol	0.04mol	0.02mol
Ⅱ．1.0mol CO2      3.0molH2	X1	Y1	Z1
Ⅲ．1.0molCH3OCH3   3.0molH2O	X2	Y3	Z2

①P₁＞P₂（填“＞”“＜”或“=”）
②X₁=0.05mol
③P₂下Ⅲ中CH₃OCH₃的平衡转化率为96%．

Answer 1

分析 （1）根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积进行计算；
（2）①根据温度对平衡的影响分析△H的符号；
②平衡常数K只与温度有关；
③由图可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，二氧化碳转化率为30%，令CO₂、H₂的起始物质的量分别为1mol、2mol，转化的二氧化碳为0.3mol，根据方程式可知转化的氢气为0.9mol，进而计算H₂ 的转化率；
（3）当可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体现中各物质的物质的量、物质的量浓度及百分含量都不变，以及由此引起的一些物理量不变，据此分析解答；
（4）①2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向进行；
②某温度下，在体积可变的密闭容器中起始时加入各物质的量1.0mol CO₂，3.0molH₂ ，和I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比等比例减小，所以达到平衡状态相同；
③1.0molCH₃OCH₃   3.0molH₂O和起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比达到相同的平衡状态，据此列式计算．

解答 解：（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，所以平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$，故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）{c}^{6}（{H}_{2}）}$；
（2）①因为温度越高，CO₂转化率越小，则平衡逆移，所以该反应正方向为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；
②K只受温度影响，若温度不变，减小投料比，则K不变，故答案为：不变；
③由图可知，在700K，起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，二氧化碳转化率为30%，令CO₂、H₂的起始物质的量分别为1mol、2mol，转化的二氧化碳为0.3mol，根据方程式可知转化的氢气为0.9mol，进而计算H₂ 的转化率=$\frac{0.9mol}{2mol}$×100%=45%，
故答案为：45%；
（3）A．二氧化碳的浓度不变，则达到了平衡，故A选；
B．反应前后气体的系数和不相等，当容器内压强不再改变，则达到了平衡，故B选；
C．该反应是一个反应前后气体体积变化的可逆反应，容器的体积不变，但反应前后气体质量变化，气体的密度不发生变化，则达到了平衡，故C选；
D．任何时候CH₃OCH₃与H₂O的物质的量之比不变，不能说明反应达到平衡，故D不选；
故答案为：ABC；
（4）①2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向进行，图表中平衡时CH₃OCH₃（g）的物质的量可知P₁＞P₂，
故答案为：＞；
②某温度下，在体积可变的密闭容器中起始时加入各物质的量1.0mol CO₂，3.0molH₂ ，和I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ 相比，等比例减小，体积缩小到一半和Ⅰ达到平衡状态相同，X₁=0.05mol
故答案为：0.05mol；    
 ③I起始量．2.0molCO₂，6.0molH₂ ，P₂下平衡三行计算，
                      2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）  2                6                      0                     0
变化量（mol）  0.08            0.24               0.04                
平衡量（mol）  1.92            5.76               0.04
逆向进行          2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）
起始量（mol）  0                0                    1                   3
变化量（mol）  1.92           5.76                0.96               
平衡量（mol）  1.92            5.76               0.04
P₂下Ⅲ中CH₃OCH₃的平衡转化率=$\frac{0.96mol}{1mol}$×100%=96%，
故答案为：96%．

点评 本题考查了化学平衡计算、影响平衡的因素分析、平衡常数和转化率计算等知识点，主要是图象的理解应用，题目难度中等．