Question

CO、H₂、甲醚（CH₃OCH₃）均是重要的化工原料，请回答下列问题：
（1）在一定条件下，CO与H₂反应既可生成甲醇，也可以生成甲醚，请写出生成甲醚的化学方程式：

 

；
（2）已知T℃时，燃烧1molCO、1molH₂生成CO₂、H₂O（g）时放出的热量分别为283kJ、241.8kJ，该温度下，在容积为2L的某密闭容器中存在反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=akJ?mol^-1．
①a=

 

，若测得前2min内放出的热量为8.24kJ，则此时间段内的平均反应速率v（H₂）=

 

；
②下列能作为该反应达到平衡状态的是

 

（填序号）．
a．混合气体的密度保持不变         b．相同时间内生成CO、H₂的质量比为14：1
c．容器内压强保持不变             d．v_正（H₂O）=v_正（CO₂）
（3）向容积为bL的密闭容器中充入a molCO和2a molH₂，在催化剂作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=QkJ?mol^-1，平衡时CO的转化率与温度的关系如下图所示，则Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”），100℃时的平衡常数=

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）2mol甲醇反应生成1mol甲醚和1mol水；
（2）①根据燃烧1molCO、1molH₂生成CO₂、H₂O（g）时放出的热量写出其热化学方程式，再根据盖斯定律求算CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的反应热；
根据反应的物质的量之比等于热量比，求出参加反应的氢气的物质的量，然后根据速率公式计算；
②当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态，据此分析；
（3）根据平衡时CO的转化率与温度的关系图可知，随着温度升高，CO的转化率减小，则平衡逆移；根据100℃时CO的转化率，利用三段式求出平衡时各物质的浓度，再求出K．

解答： 解：（1）CO与H₂反应既可生成甲醇，甲醇之间反应生成甲醚和水，则生成甲醚的反应方程式为：2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O，
故答案为：2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O；
（2）①已知T℃时，燃烧1molCO、1molH₂生成CO₂、H₂O（g）时放出的热量分别为283kJ、241.8kJ，则
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283KJ/mol
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
由盖斯定律：①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol，则a=41.2
2min内放出热量8.24KJ，
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol
                         1       41.2KJ
                         n        8.24KJ
n=0.2mol
反应速率v（H₂）=

0.2mol 2L

2min

=0.05mol/（L?min）；
故答案为：41.2；0.05mol/（L?min）；
②a、反应前后气体质量和体积不变，则密度始终不变，所以不能判断平衡状态，故a不选；
b、生成CO为逆速率，生成H₂为正速率，生成CO，H₂质量比14：2，说明正逆反应速率相同，则能判断平衡状态，故b选；
c、反应前后气体体积不变，压强始终不变，不能判断平衡状态，故c不选；
d、正反应速率之比等于化学方程式计量数之比，不能判断平衡状态，故d不选．
故答案为：b；
（3）由平衡时CO的转化率与温度的关系图可知，随着温度升高，CO的转化率减小，则平衡逆移，所以正方向为放热反应，即Q＜0；已知100℃时CO的转化率为0.5，则参加反应的CO为0.5amol，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始的量（mol）：a        2a        0
转化的量（mol）：0.5a     a        0.5a
平衡的量（mol）：0.5a     a        0.5a
则平衡时，c（CO）=

0.5a

b

mol/L，c（H₂）=

a

b

mol/L，c（CH₃OH）=

0.5a

b

mol/L，
则K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5a b

0.5a b ×( a b )2

=

b2

a2

；
故答案为：＜；

b2

a2

．

点评：本题考查了反应热的计算、反应速率计算、平衡常数、化学平衡影响因素、平衡状态的判断等，注意理解外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，题目那点中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．