Question

【題目】開發(fā)清潔能源是當今研究的熱點問題．二甲醚（CH3OCH3）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業(yè)上以CO和H2為原料生產(chǎn)CH3OCH3 ． 工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應：
①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1=﹣99kJmol﹣1
②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=﹣23.5kJmol﹣1
③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H3=﹣41.2kJmol﹣1
（1）催化反應室中的總反應3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g），計算△H= ． 反應原料來自煤的氣化．已知該反應的平衡常數(shù)表達式為K= ，每生成1mol H2需要吸收131.3kJ的熱量．寫出該反應的熱化學方程式 ．
（2）在該條件下，若反應①的起始濃度分別為：c（CO）=0.6molL﹣1 ， c（H2）=1.4molL﹣1 ， 8min后達到平衡，CO的轉化率為50%，則8min內(nèi)H2的平均反應速率為 ．
（3）在t℃時，反應②的平衡常數(shù)為400，此溫度下，在1L的密閉容器中加入一定的甲醇，反應到某時刻測得各組分的物質(zhì)的量濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c（molL﹣1）	0.46	1.0	1.0

此時刻v正v逆（填“＞”“＜”或“=”），平衡時c（CH3OCH3）的物質(zhì)的量濃度是 ．
（4）在（1）小題中催化反應室的總反應3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g），CO的平衡轉化率a（CO）與溫度、壓強的關系如圖1所示，圖中X代表（填“溫度”或“壓強”）判斷的理由是

（5）在催化劑的作用下同時進行三個反應，發(fā)現(xiàn)隨著起始投料比 的改變，二甲醚和甲醇的產(chǎn)率（產(chǎn)物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率）呈現(xiàn)如圖2的變化趨勢．試解釋二甲醚產(chǎn)率和甲醇產(chǎn)率變化的原因：

Answer 1

【答案】
（1）﹣262.7kJ?mol﹣1；C（s）+H2O（g）=H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ?mol﹣1
（2）0.075mol?L﹣1?min﹣1
（3）＞；1.2mol?L﹣1
（4）溫度；圖中表明隨著X增大，CO的平衡轉化率減�。蝗绻鸛表示壓強，壓強增大，平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉化率增大，不符合條件；如果X表示溫度，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，CO的平衡轉化率減小，符合條件
（5）當投料比小于1時，隨著c（H2）增大，反應①的平衡正向移動，CO轉化率增大，因此二甲醚和甲醇的產(chǎn)率增大；當投料比大于1時，隨著c（H2）增大，反應③被抑制，c（H2O）增大，最終抑制反應②，因此甲醇的產(chǎn)率繼續(xù)增大而二甲醚的產(chǎn)率減小
【解析】解：（1）①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1=﹣99kJmol﹣1②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=﹣23.5kJmol﹣1
③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H3=﹣41.2kJmol﹣1
依據(jù)蓋斯定律計算①×2+②+3得到催化反應室中的總反應的熱化學方程式：3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=﹣262.7kJmol﹣1 ，
產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡常數(shù)表達式為K= ，反應的化學方程式為：H2O（g）+C（s）H2（g）+CO（g），每生成1mol H2需要吸收131.3kJ的熱量，生成2g氫氣放熱131.3KJ，結合熱化學方程式書寫方法寫出，C（s）+H2O（g）=H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJmol﹣1 ，
所以答案是：﹣262.7kJmol﹣1 ， C（s）+H2O（g）=H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJmol﹣1；（2）在該條件下，若反應①的起始濃度分別為：c（CO）=0.6molL﹣1 ， c（H2）=1.4molL﹣1 ， 8min后達到平衡，CO的轉化率為50%，

	CO（g）+	2H2（g）		CH3OH（g）
起始量（mol/L）	0.6	1.4		0
變化量（mol/L）	0.3	0.6		0.3
8min量（mol/L）	0.3	0.8		0.3

反應速率v= = =0.075 molL﹣1min﹣1 ，
則8min內(nèi)H2的平均反應速率為0.075 molL﹣1min﹣1 ，
所以答案是：0.075 molL﹣1min﹣1；（3）①2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），濃度商= =4.7＜400，平衡正向移動，則v正 大于 v逆 ，
所以答案是：大于；
②設達到平衡時二甲醚反應的物質(zhì)的量濃度為xmol/L，
該反應

	2CH3OH（g）		CH3OCH3（g）+	H2O
開始（mol/L）	0.46		1	1
反應（mol/L）	2x		x	x
平衡（mol/L）	0.46﹣2x		1+x	1+x

化學平衡常數(shù)K= =400
x=0.2，
則平衡時二甲醚的物質(zhì)的量濃度=（1+0.2）mol/L=1.2mol/L，
所以答案是：＞； 1.2 molL﹣1；（4）3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=﹣262.7kJmol﹣1 ， 反應為氣體體積減小的放熱反應，溫度升高平衡逆向進行，一氧化碳轉化率減小，增大壓強平衡正向進行，一氧化碳轉化率增大，圖中表明隨著X增大，CO的平衡轉化率減�。蝗绻鸛表示壓強，壓強增大，平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉化率增大，不符合條件；如果X表示溫度，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，CO的平衡轉化率減小，符合條件，
所以答案是：溫度；圖中表明隨著X增大，CO的平衡轉化率減�。蝗绻鸛表示壓強，壓強增大，平衡向正反應方向移動，CO的平衡轉化率增大，不符合條件；如果X表示溫度，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，CO的平衡轉化率減小，符合條件；（5）圖象中曲線變化特征分析，二甲醚產(chǎn)率和甲醇產(chǎn)率變化的原因：當投料比小于1時，隨著c（H2）增大，反應①的平衡正向移動，CO轉化率增大，因此二甲醚和甲醇的產(chǎn)率增大；當投料比大于1時，隨著c（H2）增大，反應③被抑制，c（H2O）增大，最終抑制反應②，因此甲醇的產(chǎn)率繼續(xù)增大而二甲醚的產(chǎn)率減小，
所以答案是：當投料比小于1時，隨著c（H2）增大，反應①的平衡正向移動，CO轉化率增大，因此二甲醚和甲醇的產(chǎn)率增大；當投料比大于1時，隨著c（H2）增大反應③被抑制，c（H2O）增大，最終抑制反應②，因此甲醇的產(chǎn)率繼續(xù)增大而二甲醚的產(chǎn)率減��；
【考點精析】本題主要考查了反應速率的定量表示方法和化學平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的相關知識點，需要掌握反應速率的單位：mol/(L·min)或mol/(L·s) v=△c-△t；化學平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）才能正確解答此題．