Question

【題目】(13分)日常生活、生產中甲烷既是重要的清潔能源也是一種重要的化工原料。

(1)下圖是CH4/H2O體系放氫焓變示意圖：

則CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H= 。

(2)合成氣(CO、H2)是一種用途相當廣泛的化工基礎原料，常被用來合成很多有機物，如甲醇(CH3OH)、二甲醚(CH3OCH3)等。

①在壓強為0.1MPa條件下，物質的量之比為1:3的CO、H2的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H＜0。若容器體積不變，改變下列條件新平衡下甲醇體積分數增大的是 (填字母)。

A．升高溫度 B．將CH3OH(g)從體系中分離

C．充入N2使體系總壓強增大 D．再充入1mol CO和3mol H2

②二甲醚被譽為“21世紀的清潔燃料”。一定條件下利用H2、CO合成CH3OCH3。其反應方程式為：3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)，該反應的平衡常數表達式為 。最近研究發現一種新型的催化劑(主要成分是Cu、Mn的合金)對CO和H2合成二甲醚具有較好的催化效率。根據如圖判斷，催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為 時最有利于二甲醚的合成。

③以甲醇為原料是合成二甲醚的又一途徑：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。一定溫度下，向2L某容器中充入一定量的CH3OH，10s到達平衡后測得CH3OH 0.04mol，CH3OCH3 0.08mol，則用甲醇表示反應在10s內的平均反應速率為 ，相同條件下起始時向該容器中充入CH3OH 0.15mol、CH3OCH3 0.15mol、和H2O 0.10mol，則反應將向 方向進行(填“正反應”或“逆反應”)。

Answer 1

【答案】

(1)+123.8 kJ/mol

(2)①D；②K=；2.0；③0.008 mol/(L·s)；正反應

【解析】

試題分析：(1)根據圖示有①CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H=+206.2kJ/mol

②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+165.0kJ/mol

將②×2-①得：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=2×(+165.0kJ/mol)-(+206.2kJ/mol)=+123.8kJ/mol，故答案為：+123.8kJ/mol；

(2)①A．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，甲醇體積分數減小，錯誤；B．將CH3OH(g)從體系中分離出來，平衡正向移動，但甲醇體積分數不變，錯誤；C．充入N2使體系總壓強增大，平衡不一定，甲醇體積分數不變，錯誤；D．再充入1mol CO和3mol H2，相當于增大壓強，平衡正向移動，甲醇體積分數增大，正確；故選D。

②根據3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)，該反應的平衡常數表達式為K=，根據圖像可知，催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為2時最有利于二甲醚的合成，故答案為：K=；2.0；

③ 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始(mol) a 0 0

反應(mol) 0.04 0.08 0.08

平衡(mol) 0.04 0.08 0.08

v(CH3OCH3)===0.004mol/(L·s)，則v(CH3OH)=2v(CH3OCH3)=0.008mol/(L·s)，Qc==＜K=，反應正向進行，故答案為：0.008mol/(L·s)；正反應。