Question

【題目】二甲醚（DME）被譽為“21世紀的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1

回答下列問題：

（1）則反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H＝ kJ·mol-1。

（2）反應②達平衡后采取下列措施，能提高CH3OCH3產率的有 。

A．加入CH3OH B．升高溫度 C．增大壓強 D．移出H2O E．使用催化劑

（3）以下說法能說明反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)達到平衡狀態的有____。

A．H2和CO2的濃度之比為3：1

B．單位時間內斷裂3個H-H同時斷裂1個C=O

C．恒溫恒容條件下，氣體的密度保持不變

D．恒溫恒壓條件下，氣體的平均摩爾質量保持不變

E．絕熱體系中，體系的溫度保持不變

（4）一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積分數與溫度的關系如下圖所示：

已知：氣體分壓（P分）=氣體總壓（P總）×體積分數。

①該反應△H_____0（填“＞”、“＜”或“=”），550℃時，平衡后若充入惰性氣體，平衡_______(填“正移”、“逆移”或“不移動”)

②650℃時，反應達平衡后CO2的轉化率為__________________（保留2位有效數字）。

③T時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數KP=_________P總。

Answer 1

【答案】（1）-246.1 （2分）（2）D （2分）（3）DE （2分）

（4）①＞ （1分） 正移（1分）②25% （2分） ③0.5（2分）

【解析】

試題分析：（1）已知合成二甲醚的三步反應如下：

①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1=﹣90.7kJmol﹣1

②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=﹣23.5kJmol﹣1

③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H3=﹣41.2kJmol﹣1

由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應方程式3H2（g）+3CO（g）CH3OCH3（g）+CO2（g），則△H=2△H1+△H2+△H3=﹣246.1KJ/mol；

（2）A．加入CH3OH相當于增大壓強，平衡向逆反應方向進行，產率降低，A錯誤；B．該反應為放熱反應，升高溫度平衡逆移，則CH3OCH3產率會降低，B錯誤；C．該反應正方向為體積增大的方向，所以增大壓強平衡左移，不能提高CH3OCH3產率，C錯誤；D．移出H2O降低生成物濃度，平衡向正反應方向進行，產率增大，D正確；E．使用催化劑不能改變平衡狀態，E錯誤，答案選D。

（3）A．H2和CO2的濃度之比為3：1并不能說明正逆反應速率相等，不能說明反應達到平衡狀態，A錯誤；B．單位時間內斷裂3個H-H同時斷裂2個C=O可以說明反應達到平衡狀態，B錯誤；C．恒溫恒容條件下，氣體的質量和容積均不變，則氣體的密度保持不變，因此不能根據密度判斷反應是否達到平衡狀態，C錯誤；D．恒溫恒壓條件下氣體的質量不變，而氣體的物質的量發生變化，則氣體的平均摩爾質量保持不變說明反應達到平衡狀態，D正確；E．絕熱體系中，體系的溫度保持不變說明反應達到平衡狀態，E錯誤，答案選DE。

（4）①根據圖像可知隨著溫度的升高，CO的體積分數增加，說明升高溫度平衡向正反應方向進行，則該反應△H＞0；由于反應在體積可變的恒壓密閉容器中進行，當550℃時，若充入惰性氣體，容器的容積擴大，使反應混合物的濃度減小，因此正，逆 均減小，由于該反應是氣體體積增大的反應，減小壓強，化學平衡向氣體體積增大的正反應方向移動；

②根據圖像可知在650℃時，反應達平衡后CO的體積分數是40%，則CO2的體積分數是60%，假設平衡時總物質的量是1mol，則反應產生CO 0.4mol，其中含有CO2 0.6mo，反應產生0.4molCO消耗CO2的物質的量是0.2mol，因此CO2轉化率為0.2mol÷(0.6mol+0.2mol)×100%＝25.0%。

③T時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數KP=_________P總。

T℃時CO和二氧化碳的體積分數相等，均是50%，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數KP＝。