Question

12．醇是重要的有機(jī)化工原料．一定條件下，甲醇可同時(shí)發(fā)生下面兩個(gè)反應(yīng)：
i.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
ii.2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）
I．上述反應(yīng)過(guò)程中能量變化如圖所示：
（1）在某密閉容器中，充人一定量CH₃OH（g）發(fā)生上述兩個(gè)反應(yīng)，反應(yīng)i（填“i”或“ii”）的速率較大，其原因?yàn)樵摲磻?yīng)的活化能較小．若在容器中加入催化劑，使ii的反應(yīng)速率增大，則E₁和E₂-E₁的變化是：E₁減��；E₂-E₁不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）已知：CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ/mol．則乙烯氣相直接水合反應(yīng)C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）的△H=-45.5kJ•mol^-1．
Ⅱ，某研究小組通過(guò)控制反應(yīng)條件，在三個(gè)容積均為2L的密閉容器中只發(fā)生反應(yīng)i，起始反應(yīng)溫度均為T(mén)℃，起始投料如下表所示：

編號(hào) 起始投料/mol	CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
恒溫容器1	2	0	0
恒溫容器2	0	2	2
絕熱容器3	2	0	0

（3）比較平衡時(shí)容器1中c₁（H₂O）和容器2中c₂（H₂O）的大�。篶₁（H₂O）＜c₂（H₂O）（填“＞”、“＜”或“=”）；三個(gè)容器中反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)分別記為K₁、K₂和K₃，三者的大小關(guān)系為K₁=K₂＞K₃．
（4）若容器l中平衡時(shí)CH₃OH（g） 的轉(zhuǎn)化率為80%，則該溫度下反應(yīng)i的平衡常數(shù)K=4．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）如圖分析可知，反應(yīng)的活化能越小反應(yīng)速率越快，加入催化劑能降低反應(yīng)的活化能，催化劑不改變反應(yīng)物總能量與生成物總能量之差即反應(yīng)熱不變．
（2）分析圖象2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1KJ/mol，2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．則乙烯氣相直接水合反應(yīng)C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）的熱化學(xué)方程式可以依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到；
Ⅱ、（3）圖表數(shù)據(jù)都是在恒溫容器中進(jìn)行的反應(yīng)，達(dá)到平衡的方向不同，但反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，反應(yīng)i為2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應(yīng)前后氣體體積不變，容器1正向進(jìn)行，容器2逆向進(jìn)行，相當(dāng)于容器1中達(dá)到平衡基礎(chǔ)上中等壓強(qiáng)，平衡不動(dòng)，但物質(zhì)濃度增大，反應(yīng)速率增大，容器3是絕熱容器，反應(yīng)達(dá)到平衡容器中溫度高于容器1，平衡應(yīng)逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減��；
（4）若容器l中平衡時(shí)CH₃OH（g） 的轉(zhuǎn)化率為80%，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式平衡常數(shù)K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CH{\;}_{3}OH）{\;}^{2}}$計(jì)算；

解答 解：Ⅰ、（1）反應(yīng)的活化能越小反應(yīng)速率越快，在某密閉容器中，充人一定量CH₃OH（g）發(fā)生上述兩個(gè)反應(yīng)中反應(yīng)i和ii相比，反應(yīng)i的活化能小，反應(yīng)速率快，加入催化劑改變了反應(yīng)的途徑，降低反應(yīng)所需的活化能，所以E₁和E₂的變化是減小，催化劑不改變反應(yīng)物總能量與生成物總能量之差即反應(yīng)熱不變，E₂-E₁的大小為反應(yīng)的焓變，活化能大小對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)熱無(wú)影響，
故答案為：ⅰ，該反應(yīng)的活化能較��；減��；不變；
（2）分析圖象得到反應(yīng)①2CH₃OH（g）?C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1KJ/mol，
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，
③CH₃CH₂OH（g）=CH₃OCH₃（g）△H=+50.7kJ．mol^-1．
依據(jù)蓋斯定律②-①-③得到乙烯氣相直接水合反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
C₂H₄（g）+H₂O（g）=C₂H₅OH（g）△H=-45.5 kJ•mol^-1
故答案為：-45.5 kJ•mol^-1；
Ⅱ、（3）圖象分析可知，反應(yīng)為：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.9KJ/mol，圖表數(shù)據(jù)都是在恒溫容器中進(jìn)行的反應(yīng)，達(dá)到平衡的方向不同，但反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，K₁=K₂，反應(yīng)i為2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應(yīng)前后氣體體積不變，容器1正向進(jìn)行，容器2逆向進(jìn)行，相當(dāng)于容器1中達(dá)到平衡基礎(chǔ)上中等壓強(qiáng)，平衡不動(dòng)，但物質(zhì)濃度增大，c₁（H₂O）＜c₂（H₂O），容器3是絕熱容器，反應(yīng)達(dá)到平衡容器中溫度高于容器1，平衡應(yīng)逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，K₁=K₂＞K₃，故答案為：＜，K₁=K₂＞K₃；
（4）若容器l中平衡時(shí)CH₃OH（g） 的轉(zhuǎn)化率為80%，
              2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  2          0           0
變化量（mol/L）  2×80%     0.8         0.8
平衡量（mol/L）  0.4         0.8         0.8
K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）c（H{\;}_{2}O）}{c（CH{\;}_{3}OH）{\;}^{2}}$=$\frac{0.8×0.8}{0.4{\;}^{2}}$=4，故答案為：4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡、平衡常數(shù)的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，注意圖象分析和熱化學(xué)方程式的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．