Question

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH，OH）被称为 2l世纪的新型燃料．以CH₄和H₂O为原料铡备二甲醚和甲醇的工业流程如图1：

请填空：
（1）在一定条件下，反应室l中发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H＞0在其它条件不变的情况下降低温度，逆反应速率将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．将1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反应室（假设容积为 100L），l0min末有0.1mol CO生成，则10min内反应的平均速率v（H₂）

 

．
（2）在一定条件下，已知反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水，其化学方程式为

 

．
（3）在压强为0.1MPa条件下，反应室3（容积为V L）中a mol CO与 2a mol H₂在催化剂作用下反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）CO的转化率与温度、压强的关系如图2．
①该反应的△H

 

（填“＜”、“＞”或“=”）．
②100℃时该反应的平衡常数K=

 

（用含a、V的代数式表示）．
③在其它条件不变的情况下，反应室3再增加a mol CO与 2a mol H₂，达到新平衡时，CO的转化率

 

（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡常数

 

 （填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析：1）温度对正逆反应速率的影响一致，升高反应速率增大，降低温度反应速率减小；
根据v=

△n

△t

计算出v（CO），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）．
（2）CO与H₂在一定条件下，生成二甲醚和气态水，根据守恒配平写出反应方程式．
（3）①采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₂的CO转化率高，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动．
②利用三段式求出CO与H₂在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度，代入平衡常数k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
③恒温恒容下，增加amolCO与2amolH₂，CO与H₂的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变．

解答：解：（1）温度对正逆反应速率的影响一致，降低温度反应速率减小；
v（CO）=

0.1mol 100L

10min

=0.0001mol?L^-1?min^-1，
速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CO）=3×0.0001mol?L^-1?min^-1=0.0003mol?L^-1?min^-1，
故答案为：减小；0.0003mol?L^-1?min^-1；
（2）CO与H₂在一定条件下，生成二甲醚和气态水，反应方程式为2CO+4H₂

一定条件  .

CH₃OCH₃+H₂O，
故答案为：2CO+4H₂

一定条件  .

CH₃OCH₃+H₂O
（3））①由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₂的CO转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P₁＜P₂，故答案为：＜；
②利用三段式求出CO与H₂在催化剂作用下反应生成甲醇的平衡时反应混合物各组分的浓度，由图可知100℃时，达到平衡时，CO的转化率为0.5，则
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
开始（mol/L）：

a

V

        2

a

V

        0
变化（mol/L）：0.5

a

V

      

a

V

       0.5

a

V

平衡（mol/L）：0.5

a

V

     

a

V

        0.5

a

V

代入平衡常数k=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.5a V

0.5a V ×( a V )2

=

V2

a2

，反应的平衡常数为=

V2

a2

，
故答案为：

V2

a2

；
③恒温恒容下，增加amolCO与2amolH₂，CO与H₂的比例与原平衡相同，等效为增大压强，平衡向体积减小的方向移动，即向正反应移动，CO的转化率增大；
平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，
故答案为：增大；不变．

点评：本题考查化学反应速率计算、平衡移动、平衡常数等，难度中等，注意三段式解题法的运用，反应速率的计算既可利用定义法也可利用化学计量数法．