Question

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．工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚．请回答下列问题：
（1）利用水煤气合成二甲醚的总反应为：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ?mol^-1；
它可以分为两步，反应分别如下：
①4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）   △H1=-205.1kJ?mol-1
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₂=

 

（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和CO的转化率的是

 

（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）在一体积可变的密闭容器中充入3molH₂，3molCO，1molCH₃OCH，1molCO₂，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“=“），理由是：

 

②平衡时n（CH₃OCH₃）=

 

，平衡时CO的转化率=

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律构造目标热化学方程式，据此计算反应热；
（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平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，说明混合气体总的物质的量减小，反应向正反应方向进行；
②设平衡时CH₃OCH₃的物质的量变化量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的

1

1.6

，据此列方程计算解答．

解答： 解：（1）已知：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ?mol^-1；
它可以分为两步，反应分别如下：
①4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁=-205.1kJ?mol^-1；
②CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）
根据盖斯定律可知，①+②可得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ?mol^-1；
故△H₂=△H-△H₁=-246.4kJ?mol^-1-（-205.1kJ?mol^-1）=-41.3kJ?mol^-1，
故答案为：-41.3kJ?mol^-1；
（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平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的1.6倍，同温同压下体积缩小密度增大，正反应方向混合气体总的物质的量减小，故反应向正反应方向进行，故反应速率V（正）＞V（逆），
故答案为：＞；同温同压下体积缩小密度增大，反应正向进行混合气体总的物质的量减小；
②由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的

1

1.6

，平衡时总物质的量为（3mol+3mol+1mol+1mol）×

1

1.6

=5mol，
设平衡时CH₃OCH₃的物质的量变化量为xmol，则：
          3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）
开始（mol）：3       3          1          1
变化（mol）：3x      3x         x          x 
平衡（mol）：3-3x    3-3x       1+x        1+x
所以，3-3x+3-3x+1+x+1+x=5，解得x=0.75
故平衡时n（CH₃OCH₃）=1mol+0.75mol=1.75mol，
平衡时CO的转化率=

0.75mol×3

3mol

×100%=75%，
故答案为：1.75mol；75%．

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，（3）中注意判断起始与平衡时混合气体总物质的量关系．