Question

6．二甲醚被稱為21世紀的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上常采用甲醇氣相脫水法來獲�。�其反應(yīng)方程式為：
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
完成下列填空：
（1）有機物分子中都含碳元素，寫出碳原子最外層電子的軌道表示式；
寫出甲醇分子中官能團的電子式．
（2）碳與同主族的短周期元素相比，非金屬性較強的是C（填元素符號）．寫出一個能證明你的結(jié)論的化學(xué)方程式Na₂SiO₃+CO₂+H₂O=Na₂CO₃+H₂SiO₃↓．
（3）在溫度和體積不變的情況下，能說明反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是ac（選填編號）
a．CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1
b．容器內(nèi)壓強保持不變
c．H₂O（g）濃度保持不變
d．氣體平均相對分子質(zhì)量保持不變
（4）一定溫度下，在三個體積約為2.0L的恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)：

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	0.40	0.16	0.16
Ⅱ	387	0.80	a
Ⅲ	207	0.40	0.18	0.18

①若要提高CH₃OH的平衡轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是ad（選填編號）．
a．及時移走產(chǎn)物       b．升高溫度      c．充入CH₃OHd．降低溫度
②I號容器內(nèi)的反應(yīng)經(jīng)過t min達到平衡，則CH₃OH的平均反應(yīng)速率為$\frac{0.16}{t}$mol/（L．min）（用含t的式子表示）．II號容器中a=0.32mol．
（5）若起始時向容器I中充入CH₃OH 0.2mol、CH₃OCH₃0.30mol和H₂O 0.20mol，則反應(yīng)將向正（填“正”“逆”）反應(yīng)方向進行．

Answer 1

分析 （1）碳原子最外層4個電子為第二電子層的2個s電子和2個P電子，甲醇中的官能團為羥基，為中性原子團，氧原子和氫原子形成一對共用電子對；
（2）同主族元素原子從上到下失電子能力增強，得到電子能力減弱，可以利用最高價含氧酸的酸性強弱比較非金屬性強弱；
（3）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，反應(yīng)過程中的“變量不變”是判斷依據(jù)；
（4）①Ⅰ、Ⅲ實驗可知起始量相同，達到平衡狀態(tài)，溫度越高甲醚物質(zhì)的量減小，平衡逆向進行，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若要提高CH₃OH的平衡轉(zhuǎn)化率，需要改變條件使平衡正向進行；
②I號容器內(nèi)的反應(yīng)經(jīng)過t min達到平衡生成CH₃OCH₃（g）物質(zhì)的量為0.16mol，計算消耗甲醇物質(zhì)的量為0.16mol，結(jié)合反應(yīng)速率V=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算甲醇表示的反應(yīng)速率；依據(jù)三段式列式計算Ⅰ的平衡常數(shù)，Ⅱ?qū)嶒灉囟炔蛔兤胶獬��?shù)不變，依據(jù)平衡常數(shù)列式計算a值；
（5）若起始時向容器I中充入CH₃OH 0.2mol、CH₃OCH₃0.30mol和H₂O 0.20mol，計算此時濃度商，和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進行方向；

解答 解：（1）碳原子最外層4個電子為第二電子層的2個s電子和2個P電子，碳原子最外層電子的軌道表示式，甲醇中的官能團為羥基，為中性原子團，氧原子和氫原子形成一對共用電子對，電子式為；

故答案為：，；
（2）同主族元素原子從上到下失電子能力增強，得到電子能力減弱，所以非金屬性較強的是C，可以利用最高價含氧酸的酸性強弱比較非金屬性強弱，如二氧化碳氣體通入硅酸鈉溶液中生成硅酸沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂SiO₃+CO₂+H₂O=Na₂CO₃+H₂SiO₃↓；
故答案為：C、Na₂SiO₃+CO₂+H₂O→Na₂CO₃+H₂SiO₃↓；
（3）2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，達到平衡的標志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變；
a．速率之比等于化學(xué)方程計量數(shù)之比為正反應(yīng)速率之比，CH₃OH的消耗速率與CH₃OCH₃的消耗速率之比為2：1，說明CH₃OCH₃的正逆反應(yīng)速率相同，故a正確；
b．反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)過程中容器內(nèi)壓強始終保持不變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．H₂O（g）濃度保持不變是破壞的標志，故c正確；
d．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量不變，氣體平均相對分子質(zhì)量始終保持不變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：ac；
（4）①Ⅰ、Ⅲ實驗可知起始量相同，達到平衡狀態(tài)，溫度越高甲醚物質(zhì)的量減小，平衡逆向進行，說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若要提高CH₃OH的平衡轉(zhuǎn)化率，需要改變條件使平衡正向進行，
a．及時移走產(chǎn)物，平衡正向進行，甲醇轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；       
b．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進行，故b錯誤；      
c．充入CH₃OH，相當(dāng)于增大壓強，平衡不動．故c錯誤；
d、降低溫度平衡正向進行，甲醇轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
故答案為：ad；
②I號容器內(nèi)的反應(yīng)經(jīng)過t min達到平衡生成CH₃OCH₃（g）物質(zhì)的量為0.16mol，計算消耗甲醇物質(zhì)的量為0.32mol，結(jié)合反應(yīng)速率概念計算甲醇表示的反應(yīng)速率V=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.32mol}{2L}}{tmin}$=$\frac{0.16}{t}$mol/L•min；
依據(jù)三段式列式計算Ⅰ的平衡常數(shù)，
              2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 0.2          0          0
變化量（mol/L） 0.16          0.08     0.08
平衡量（mol/L） 0.04         0.08      0.08
平衡常數(shù)K=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4
Ⅱ?qū)嶒灉囟炔蛔兤胶獬��?shù)不變，依據(jù)平衡常數(shù)列式計算a值
                2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  0.4         0            0
變化量（mol/L）  a         0.5a          0.5a
平衡量（mol/L） 0.4-a     0.5a          0.5a
$\frac{0.5a×0.5a}{（0.4-a）^{2}}$=4
a=0.32mol；
故答案為：$\frac{0.16}{t}$mol/L•min，0.32；
（5）若起始時向容器I中充入CH₃OH 0.2mol、CH₃OCH₃0.30mol和H₂O 0.20mol，計算此時濃度商Q=$\frac{\frac{0.2}{2}×\frac{0.3}{2}}{（\frac{0.2}{2}）^{2}}$=1.5＜K，平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進行方向是正向進行；
故答案為：正．

點評 本題考查了物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，周期表遞變規(guī)律的應(yīng)用，化學(xué)平衡影響因素、平衡標志、平衡常數(shù)的計算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．