Question

11．一定溫度下，在三個體積約為2.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）

容器編號	溫度（℃）	起始物質(zhì)的量（mol）	平衡物質(zhì)的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
Ⅰ	387	0.20	0.080	0.080
Ⅱ	387
Ⅲ	207	0.20	0.090	0.090

回答下列問題：
（1）反應(yīng)的△H小于0（填“大于”或“小于”）判斷的理由是反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ起始量相同，Ⅰ的CH₃OCH₃（g）含量低，說明降溫正向移動，正反應(yīng)為放熱過程△H＜0，容器Ⅰ到達(dá)平衡所需的時間為20min反應(yīng)速率v（CH₂OH）為0.004mol•L^-1•min^-1，列式求算387℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=4
（2）容器Ⅱ達(dá)平衡時，壓強(qiáng)是容器Ⅰ的兩倍，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)和容器Ⅰ中的相同，CH₃OH起始的物質(zhì)的量為0.40mol；平衡時CH₃OCH₃（g）的體積分?jǐn)?shù)為0.4
（3）t分鐘后容器Ⅲ達(dá)到平衡，t大于20min（填“大于”、“等于”或“小于”）判斷的理由是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡時所需的時間越長請?jiān)趫D中分別畫出容器Ⅰ和容器Ⅱ中CH₃OH（g）濃度變化的曲線示意圖

（4）208℃，若向3L容器中充入0.9molCH₃OH（g），0.6molCH₃OCH₃（g）和0.3molH₂O（g），則起始時該反應(yīng)的v_正＞v_逆（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Ⅰ和Ⅲ得出，溫度越低平衡時產(chǎn)物越多，則說明升溫平衡向正反應(yīng)方向移動，據(jù)此判斷焓變；根據(jù)三段式結(jié)合V=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算容器ⅠCH₂OH的反應(yīng)速率，K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）•c（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CH{\;}_{3}OH）}$計(jì)算其平衡常數(shù)；
（2）容器Ⅱ達(dá)平衡時，壓強(qiáng)是容器Ⅰ的兩倍，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)和容器Ⅰ中的相同，則互為等效平衡，又該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以只要反應(yīng)物成比例即等效，等效平衡各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同，據(jù)此分析；
（3）溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡時所需的時間越長；根據(jù)容器Ⅰ和容器Ⅲ的數(shù)據(jù)，開始時CH₃OH（g）濃度相同，平衡時容器ⅠCH₃OH（g）濃度為$\frac{0.20-0.08×2}{2}$=0.02mol/L，平衡時容器ⅢCH₃OH（g）濃度為$\frac{0.20-0.09×2}{2}$=0.01mol/L；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商的相對大小判斷反應(yīng)方向，如果濃度商小于平衡常數(shù)，則平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行．

解答 解：（1）化學(xué)平衡常數(shù)的大小只與溫度有關(guān)，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ起始量相同，Ⅰ的CH₃OCH₃（g）含量低，說明降溫正向移動，正反應(yīng)為放熱過程，所以△H小于0；
又       2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
開始（mol）  0.2      0           0
20min（mol） 0.16     0.08       0.08
平衡（mol）  0.04     0.08       0.08
所以v（CH₂OH）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.16mol}{2L}}{20min}$=0.004mol•L^-1•min^-1，平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）•c（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CH{\;}_{3}OH）}$=$\frac{0.08×0.08}{0.04{\;}^{2}}$=4，
故答案為：小于；反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ起始量相同，Ⅰ的CH₃OCH₃（g）含量低，說明升溫正向移動，正反應(yīng)為放熱過程△H＜0；0.004；4；
（2）容器Ⅱ達(dá)平衡時，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)和容器Ⅰ中的相同，則互為等效平衡，又該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以只要反應(yīng)物成比例即等效，又壓強(qiáng)容器Ⅱ達(dá)平衡時是容器Ⅰ的兩倍，所以開始反應(yīng)物也應(yīng)該是容器Ⅰ的兩倍，則CH₃OH起始的物質(zhì)的量為0.40mol；
等效平衡各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同，所以平衡時CH₃OCH₃（g）的體積分?jǐn)?shù)與容器Ⅰ相同，根據(jù)（1）的三段式，則容器Ⅰ平衡時CH₃OCH₃（g）的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{0.08}{0.08+0.08+0.04}$=0.4，所以容器Ⅱ平衡時CH₃OCH₃（g）的體積分?jǐn)?shù)也為0.4，
故答案為：0.40mol；0.4；
（3）溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡時所需的時間越長，Ⅰ、Ⅲ相比，Ⅲ的溫度低，反應(yīng)速率越小，需要的時間長，所以t分鐘后容器Ⅲ達(dá)到平衡，t大于20min；又由容器Ⅰ和容器Ⅲ的數(shù)據(jù)，開始時CH₃OH（g）濃度相同，平衡時容器ⅠCH₃OH（g）濃度為$\frac{0.20-0.08×2}{2}$=0.02mol/L，平衡時容器ⅢCH₃OH（g）濃度為$\frac{0.20-0.09×2}{2}$=0.01mol/L，所以圖象為；
故答案為：大于；溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡時所需的時間越長；；
（4）c（CH₃OH）=$\frac{0.9}{3}$=0.3mol/L、c（CH₃OCH₃ ）=$\frac{0.6}{3}$=0.2mol/L、c（H₂O）=$\frac{0.3}{3}$=0.1mol/L，濃度商=$\frac{0.2×0.1}{0.3{\;}^{2}}$=$\frac{2}{9}$，因?yàn)?87℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=4，又降溫平衡向正反應(yīng)方向移動，所以208℃時平衡常數(shù)大于4，則濃度商=$\frac{2}{9}$＜4，所以平衡向正反應(yīng)方向移動，v_正＞v_逆，故答案為：＞．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算以及等效平衡的應(yīng)用，根據(jù)平衡常數(shù)公式計(jì)算平衡常數(shù)，再結(jié)合濃度與反應(yīng)速率的關(guān)系、化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商之間的關(guān)系來分析解答，注意該反應(yīng)特點(diǎn)，題目難度中等．