Question

【題目】開發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，工業上以CO和H2為原料生產CH3OCH3 ． 工業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H2的平均反應速率為 ．
（3）在t℃時，反應②的平衡常數為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的量濃度如下：

物質	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，發現隨著起始投料比 的改變，二甲醚和甲醇的產率（產物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率）呈現如圖2的變化趨勢．試解釋二甲醚產率和甲醇產率變化的原因：

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的平衡轉化率減小；如果X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，因此甲醇的產率繼續增大而二甲醚的產率減小
【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 ，
產業鏈中某反應的平衡常數表達式為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K= =400
x=0.2，
則平衡時二甲醚的物質的量濃度=（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的平衡轉化率減小；如果X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的平衡轉化率減小；如果X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，二甲醚產率和甲醇產率變化的原因：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，因此甲醇的產率繼續增大而二甲醚的產率減小，
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，因此甲醇的產率繼續增大而二甲醚的產率減小；
【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本質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；化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，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（等效）才能正確解答此題．