Question

（10分）下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

I.已知该产业链中某反应的平衡表达式为：，它所对应反应的化学方程式___________________（要注明物质的状态）．

II、二甲醚（CH₃OCH₃）在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H₂为原料生产CH₃OCH₃。工业制备二甲醚在催化反应室中（压力2.0～10.0MPa，温度230～280 ℃）进行下列反应：

CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)       △H₁=一90.7kJ·mol^-1

②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)  △H₂＝一23.5 kJ·mol^-1

③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)     △H₃=-41.2 kJ·mol^-1

（1）催化反应室中总反应的热化学方程式为______________。830℃时反应③的K=1.0 ，则在催化反应室中反应③的K___1.0 （填“> ”、“< ”或“=”)。

（2）在某温度下，若反应①的起始浓度分别为，c(CO)=1mol/L,c(H₂)=2.4mol/L，5min后达到平衡，CO的转化率为50% ，则5 min 内CO的平均反应速率为______；若反应物的起始浓度分别为：c(CO)=4mol/L,c(H₂)=amol/L，达到平衡后，c(CH₃OH)=2mol/L，a=______mol/L。

Answer

(10分，每题2分)I．C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

（1）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H=-204.9kJ/mol ＞

（2）0.1mol/(L·min) 5.4

【解析】

试题分析：I．化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此根据某反应的平衡表达式可知该反应的化学方程式为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；

II、（1）已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=一90.7kJ·mol-1

②2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2＝一23.5 kJ·mol-1

则根据盖斯定律可知①×2+②即得到催化反应室中总反应的热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g) △H=-204.9kJ/mol。

催化反应室中温度小于830℃，升高温度反应③平衡向正反应移动，平衡常数增大。

（2）5min后达到平衡，CO的转化率为50%，则△c（CO）＝1mol/L×50%＝0.5mol/L，所以v（CO）＝0.5mol/L÷5min＝0.1mol/（L•min）；该温度到达平衡时，c（CO）＝0.5mol/L，c（H2）＝2.4mol/L-2×0.5mol/L＝1.4mol/L，c（CH3OH）＝0.5mol/L，所以该温度下，平衡常数，若反应物的起始浓度分别为：c（CO）＝4mol/L，c（H2）＝a mol/L，达到平衡后，c（CH3OH）＝2mol/L，则平衡时c′（CO）＝4mol/L-2mol/L＝2mol/L，令平衡时氢气的浓度为ymol/L，所以，解得y＝1.4，故a＝2mol/L×2+1.4mol/L＝5.4mol/L。

【考点定位】本题主要是考查反应热计算、平衡常数应用等

【名师点晴】掌握平衡常数的含义是解答的关键，化学平衡常数值的大小是可逆反应进行程度的标志。K值越大，说明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，它的正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越高。反之，则相反。一般地，K＞105时，该反应就进行得基本完全了。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。（2）可以利用K值做标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡及不平衡时向何方进行建立平衡。（3）利用K值可判断反应的热效应，若温度升高，K值增大，则正反应为吸热反应；若温度升高，K值减小，则正反应为放热反应。