Question

【題目】（本題滿分18分）二甲醚（CH3OCH3）是一種應(yīng)用前景廣闊的清潔燃料，以CO和H2為原料生產(chǎn)二甲醚主要發(fā)生以下三個(gè)反應(yīng)：

編號	熱化學(xué)方程式	化學(xué)平衡常數(shù)
①	CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1	K1
②	2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=﹣24kJmol﹣1	K2
③	CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H3=﹣41kJmol﹣1	K3

回答下列問題：

（1）已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H﹣H	C﹣O	C=O	H﹣O	C﹣H
E/（kJ．mol﹣1）	436	343	1076	45	413

由上述數(shù)據(jù)計(jì)算△H1= ；

（2）該工藝的總反應(yīng)為3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）△H，該反應(yīng)△H= ，化學(xué)平衡常數(shù)K= （用含K1、K2、K3的代數(shù)式表示）；

（3）下列措施中，能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有 ；

A．分離出二甲醚 B．升高溫度

C．改用高效催化劑 D．增大壓強(qiáng)

（4）工藝中反應(yīng)①和反應(yīng)②分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，無反應(yīng)③發(fā)生．該工藝中反應(yīng)③的發(fā)生提高了CH3OCH3的產(chǎn)率，原因是 ；

（5）以n（H2）/n（CO）=2 通入1L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖所示．下列說法正確的是 ；

A．該反應(yīng)的△H＞0

B．若在p2和316℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，則CO的轉(zhuǎn)化率小于50%

C．若在p3和316℃時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，H2的轉(zhuǎn)化率等于50%

D．若在p3和316℃時(shí)，起始時(shí)n（H2）/n（CO）=3，則達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率大于50%

E．若在p1和200℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡后保持溫度和壓強(qiáng)不變，再充入2mol H2和1mol CO，則平衡時(shí)二甲醚的體積分?jǐn)?shù)增大

（6）某溫度下，將8.0mol H2和4.0mol CO充入容積為2L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），反應(yīng)達(dá)平衡后測得二甲醚的體積分?jǐn)?shù)為25%，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ．

Answer 1

【答案】（1）﹣99 kJmol﹣1 （2）﹣263 kJmol﹣1；K=K12K2K3 （3）AD；

（4）反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H2O，使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，從而提高CH3OCH3的產(chǎn)率； （5）CD （6）2.25

【解析】

試題分析：（1）由△H等于反應(yīng)物的鍵能減去生成物的鍵能，可求得反應(yīng)①的△H1=1076+2×436-343-465-3×413=-99 kJmol-1；

（2）由蓋斯定律可得，總反應(yīng)3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）為方程式①×2+②+③相加所得，故△H=2△H1+△H2+△H3=2×（-99）-24-41=-263 kJmol-1；總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于分反應(yīng)的平衡常數(shù)之積，則K=K12K2K3；

（3）由勒夏特列原理，對于3CO（g）+3H2（g） CH3OCH3（g）+CO2（g）為了提高CH3OCH3產(chǎn)率，反應(yīng)需要向正反應(yīng)方向移動，因此通過減小氣體體積、降溫、減少產(chǎn)物的量可以實(shí)現(xiàn)，而催化劑對化學(xué)平衡的移動沒有影響，由此可知A、D正確；

（4）反應(yīng)②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），反應(yīng)③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），由此可知，反應(yīng)③消耗反應(yīng)②中的水，根據(jù)勒夏特列原理可知，可提高CH3OCH3的產(chǎn)率；

（5）由圖象可知，反應(yīng)溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明該正反應(yīng)方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，△H＜0，A錯(cuò)誤；找出p2，316℃坐標(biāo)點(diǎn)，可知CO的轉(zhuǎn)化率大于50%，B錯(cuò)誤；由圖可知，p3，316℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，而此時(shí)H2和CO的物質(zhì)的量之比等于系數(shù)比，即兩者的轉(zhuǎn)化率相等，所以H2的轉(zhuǎn)化率也為50%，C正確；若增大H2和CO的物質(zhì)的量之比，則平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率也同時(shí)升高，D正確；根據(jù)等效平衡的原理，保持溫度和壓強(qiáng)不變，充入與起始時(shí)等比值的氫氣和CO，兩種平衡等效，二甲醚的體積分?jǐn)?shù)不變，E錯(cuò)誤；故答案為CD；

（6）設(shè)平衡時(shí)CH3OCH3的物質(zhì)的量為xmol，由4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為：[H2]=4-2x，[CO]=2-x，[CH3OCH3]=x/2，[H2O]=x/2；二甲醚的體積分?jǐn)?shù)為25%，也即，解得x=3/2；所以平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為：[H2]=1，[CO]=0.5，[CH3OCH3]=0.75，[H2O]=0.75，所以平衡常數(shù)K==2.25。