Question

【題目】甲醇、二甲醚(CH3OCH3) 既是重要的化工原料，又是可再生能源，具有開發(fā)和應用廣闊前景。

（1）合成二甲醚的反應原理為2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)。

①該反應能夠自發(fā)進行的原因是_______。

②若容器的體積恒定不變，CO、H2起始通入量分別為2 mol、4 mol，充分反應后達到平衡。下列措施既可以提高反應速率又可以提高CO的轉(zhuǎn)化率是_______。

a．升高溫度 b．使用更高效的催化劑

c．充入He，使體系總壓強增大 d．縮小體積增大壓強

（2）工業(yè)上合成甲醇的化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－91 kJ·mol－1

①已知某些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表，則x＝_______。

化學鍵	C－H	H－H	C－O	C≡O	O－H
鍵能/ kJ·mol-1	a	b	c	x	d

②在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個恒壓容器中分別充入a mol CO和2a mol H2合成甲醇，三個容器的溫度分別為T1、T2、T3。若實驗測得反應均進行到t min時，三個容器中CO的體積分數(shù)如圖所示，此時Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個容器中一定達到化學平衡狀態(tài)的是_____。若反應達到平衡，三個容器中v(CH3OH)逆最大的是____。

Answer 1

【答案】ΔH＜0 D 3a＋c＋d－2b－91 Ⅲ Ⅲ

【解析】

根據(jù)熵變和焓變對反應自發(fā)進行的影響分析解答；根據(jù)鍵能與焓變的關系分析計算相關鍵能；根據(jù)影響反應速率的條件及平衡移動原理分析反應速率及轉(zhuǎn)化率的變化；根據(jù)平衡移動原理結(jié)合圖像分析溫度對平衡移動的影響。

（1）①根據(jù)反應方程式可以看出，反應為混亂度增大的反應，熵增和焓減有助于反應自發(fā)進行，則該反應能夠自發(fā)進行的原因是 ΔH＜0，故答案為：ΔH＜0；

②a．升高溫度，反應速率增大，該反應放熱，則升高溫度，平衡逆方向移動，CO轉(zhuǎn)化率減小，故此項錯誤；

b．使用更高效的催化劑可以提高反應速率，但對平衡沒有影響，即不能提高CO轉(zhuǎn)化率，故此項錯誤；

c．容器體積不變，充入He，反應物和生成物濃度不變，反應速率不變，平衡也不移動，故此項錯誤；

d．縮小體積增大壓強，反應物和生成物濃度增大，反應速率增大，該反應為氣體體積減小的反應，增大壓強則平衡正方向移動，CO轉(zhuǎn)化率提高，故此項正確，故答案為：d；

（2）①反應中需破壞1molC≡O鍵、2molH-H鍵，同時形成3molC-H鍵、1molC-O鍵和1molO-H鍵，根據(jù)鍵能與焓變關系得：－91=(3a+c+d)-(x+2b)，則x=3a＋c＋d－2b－91；

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H<0，該反應正反應為放熱反應，根據(jù)圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，CO百分含量由小到大依次為：Ⅱ<Ⅰ<Ⅲ，T1中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T2中的狀態(tài)，CO百分含量減小，說明平衡正向移動，說明T1未達平衡狀態(tài)，T2中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T3中的平衡狀態(tài)，CO百分含量增大，說明平衡逆向移動，說明T2可能達平衡狀態(tài)，一定達到化學平衡狀態(tài)的是Ⅲ；

溫度越高，反應越快，相同條件下先達到平衡，所以三個容器中一定達到化學平衡狀態(tài)的是Ⅲ；三容器為恒壓容器，溫度越高，反應速率越大，v(CH3OH)逆最大的是Ⅲ，故答案為：3a＋c＋d－2b－91；Ⅲ ； Ⅲ。