Question

11．碳和碳的化合物在生產、生活中有重要的作用．甲醇水蒸氣重整制氫系統(tǒng)可能發(fā)生下列三個反應：
①CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.8kJ/mol
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
（1）反應①和②在一定條件下均能自發(fā)進行的原因兩個反應均為熵增的反應，反應①△H＜0，△S＞0，則△H-T△S＜0，反應②△H＞0，△S＞0，高溫下則△H-T△S＜0．
（2）根據化學原理分析升高溫度對反應②的影響反應速率加快，有利于向正反應方向移動；
（3）控制反應條件，反應①中的產物也可以用來合成甲醇和二甲醚，其中合成二甲醚的化學方程式為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），在相同條件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡轉化率隨氫碳比[$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$]的變化如圖1所示：

合成二甲醚的最佳氫碳比為1：1，提高二甲醚反應選擇的關鍵因素是催化劑．
（4）將1molCO和2molH₂充入密閉容器中生成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1Kjmol^-1．在其他條件相同時，CO的平衡轉化率[a（CO）]與壓強（p）和溫度（T）的關系如圖2所示
A、B兩點CH₃OH的質量分數w（A）＞   w（B）（填“＞”、“＜”或“=”），理由為該反應為放熱反應，A點溫度低于B點，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，CO的平衡轉化率減小，CH₃OH的質量分數減�。�
?C、D兩點的逆反應速率：V正（C）＞ V逆（D）（填“＞”、“＜”或“=”），理由為該反應為有氣體參與的反應，C點壓強大于D點，增大壓強，反應速率越快．
?200℃時，測得E點的容器容積為10L．該溫度下，反應的平衡常數K=2500；保持溫度和容積不變，再向容器中沖入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH時，若使V_正＞V_逆，則x的取值范圍為0＜x＜58．

Answer 1

分析 （1）反應自發(fā)進行的判斷依據是△H-T△S＜0；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol，反應是氣體體積增大的吸熱反應，升溫增大反應速率平衡正向進行；
（3）依據化學方程式定量關系分析按照化學方程式中定量關系是恰好反應的最佳比，反應進行的關鍵是選擇合適催化劑促進反應快速進行；
（4）A、B兩點壓強一定，溫度越高CO的平衡轉化率越小，說明升溫平衡逆向進行；
CD兩點是等溫線上的不同點，壓強不同，壓強越大CO的平衡轉化率越大，反應速率越大；
200℃時，測得E點的容器容積為10L．結合化學平衡三行計算列式計算平衡濃度來計算該溫度下反應的平衡常數K，保持溫度和容積不變，再向容器中沖入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH時，計算此時濃度商Qc，若使V_正＞V_逆，Qc＜K．

解答 解：（1）CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₂=+90.8kJ/mol．反應△H＜0，△S＞0，則△H-T△S＜0，反應自發(fā)進行，
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol，反應△H＞0，△S＞0，高溫下則△H-T△S＜0，反應自發(fā)進行，
兩個反應均為熵增的反應，反應①△H＜0，△S＞0，則△H-T△S＜0，反應②△H＞0，△S＞0，高溫下則△H-T△S＜0，
故答案為：兩個反應均為熵增的反應，反應①△H＜0，△S＞0，則△H-T△S＜0，反應②△H＞0，△S＞0，高溫下則△H-T△S＜0；
（2）CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₂=+49kJ/mol，反應是氣體體積增大的吸熱反應，升高溫度反應速率加快，升高溫度有利于反應②向正反應方向移動，
故答案為：反應速率加快，有利于向正反應方向移動；
（3）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），圖象分析可知在相同條件下合成二甲醚和合成甲醇的原料平衡轉化率隨氫碳比增大而減小，合成二甲醚的最佳氫碳比為1：1，此時反應物轉化率最大為80%，提高二甲醚反應選擇的關鍵因素是選擇催化劑，
故答案為：1：1；催化劑；
（4）A點溫度低于B點，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，故CH₃OH的質量分數ω（A）＞ω（B），
該反應為有氣體參與的反應，C點壓強大于D點，增大壓強，反應速率越快，逆反應速率：v_正（C）＞v_逆（D），
E點CO轉化率為80%，轉化的CO為0.8mol，則：
                       CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）：1             2               0
變化量（mol）：0.8         1.6            0.8
平衡量（mol）：0.2         0.4           0.8
容器體積為10L，則平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.8}{10}}{\frac{0.2}{10}×（\frac{0.4}{10}）^{2}}$=2500，
保持溫度和容積不變，再向容器中充入1molCO、1molH₂和xmolCH₃OH時，若使v_正＞v_逆，反應正向進行，則濃度商Qc=$\frac{\frac{0.8+x}{10}}{\frac{1+0.2}{10}×（\frac{1+0.4}{10}）^{2}}$＜2500，解得x＜58，故0＜x＜58
故答案為：＞；該反應為放熱反應，A點溫度低于B點，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，CO的平衡轉化率減小，CH₃OH的質量分數減小；
＞；該反應為有氣體參與的反應，C點壓強大于D點，增大壓強，反應速率越快，
2500；0＜x＜58．

點評 本題考查比較綜合，涉及反應熱計算、化學平衡圖象與影響因素、平衡常數計算及應用、電離平衡常數等，側重考查學生信息獲取與知識遷移運用，題目難度中等．