Question

必考題二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱為21世紀的新型燃料．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業流程如下：請填空：

（1）在一定條件下，反應室1中發生反應：CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）△H＞0．在其它條件不變的情況下降低溫度，逆反應速率將______（填“增大”、“減小”或“不變”）．將1.0molCH₄和2.0molH₂O通入反應室1（假設容積為100L），10min末有0.1molCO生成，則10min內反應的平均速率V（H₂）=______．
（2）在一定條件下，已知反應室2的可逆反應除生成二甲醚外還生成了氣態水，其化學方程式為______．
（3）在壓強為0.1MPa條件下，反應室3（容積為VL）中amolCO與2amolH₂在催化劑作用下反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），CO的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示，則：
①P₁______P₂ （填“＜”、“＞”或“=“）．
②在其它條件不變的情況下，反應室3再增加amolCO與2amolH₂，達到新平衡時，CO的轉化率______（填“增大”、“減小”或“不變”．下同．），平衡常數______．
③在P₁壓強下，100℃時，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反應的平衡常數為______（用含a、V的代數式表示）．

Answer 1

【答案】分析：（1）溫度對正逆反應速率的影響一致，升高反應速率增大，降低溫度反應速率減小；
根據v=計算出v（CO），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）．
（2）CO與H₂在一定條件下，生成二甲醚和氣態水，根據守恒配平寫出反應方程式．
（3）①采取控制變量法分析，由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P₂的CO轉化率高，反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動．
②恒溫恒容下，增加amolCO與2amolH₂，CO與H₂的比例與原平衡相同，等效為增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動；
平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變．
③利用三段式求出CO與H₂在催化劑作用下反應生成甲醇的平衡時反應混合物各組分的濃度，代入平衡常數k=，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反應的平衡常數為上述平衡常數的倒數．
解答：解：（1）溫度對正逆反應速率的影響一致，降低溫度反應速率減小；
v（CO）==0.0001mol?L^-1?min^-1，
速率之比等于化學計量數之比，所以v（H₂）=3v（CO）=3×0.0001mol?L^-1?min^-1=0.0003mol?L^-1?min^-1．
故答案為：減小；0.0003mol?L^-1?min^-1
（2）CO與H₂在一定條件下，生成二甲醚和氣態水，反應方程式為2CO+4H₂CH₃OCH₃+H₂O．
故答案為：2CO+4H₂CH₃OCH₃+H₂O
（3））①由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P₂的CO轉化率高，平衡向正反應方向移動，反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即P₁＜P₂；
故答案為：＜
②恒溫恒容下，增加amolCO與2amolH₂，CO與H₂的比例與原平衡相同，等效為增大壓強，平衡向體積減小的方向移動，即向正反應移動，CO的轉化率增大；
平衡常數只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變．
故答案為：增大；不變
③利用三段式求出CO與H₂在催化劑作用下反應生成甲醇的平衡時反應混合物各組分的濃度，由圖可知100℃時，達到平衡時，CO的轉化率為0.5，則    
                  CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），
開始（mol/L）：       2             0
變化（mol/L）：0.5                   0.5    
平衡（mol/L）：0.5                   0.5    
代入平衡常數k===，
所以100℃時，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反應的平衡常數為=．
故答案為：
點評：考查化學反應速率計算、平衡移動、平衡常數等，難度中等，注意三段式解題法的運用，反應速率的計算既可利用定義法也可利用化學計量數法．