Question

下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運(yùn)用所學(xué)知識(shí),解決下列問題:

Ⅰ.已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為:K=,寫出它所對應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式: 

　。 

Ⅱ.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(yīng)室中(壓力2.0～10.0 MPa,溫度230～280 ℃)進(jìn)行下列反應(yīng):

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH1=-90.7 kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH2=-23.5 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH3=-41.2 kJ·mol-1

(1)寫出催化反應(yīng)室中三個(gè)反應(yīng)的總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式: 。

(2)在某溫度下,2 L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)①,起始時(shí)CO、H2的物質(zhì)的量分別為2 mol和6 mol,3 min后達(dá)到平衡,測得CO的轉(zhuǎn)化率為60%,則3 min內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為　　　　　　　　。若同樣條件下起始時(shí)CO物質(zhì)的量為4 mol,達(dá)到平衡后CH3OH為2.4 mol,則起始時(shí)H2為　　　　mol。

(3)下列有關(guān)反應(yīng)③的說法正確的是　　　　。

A.在體積可變的密閉容器中,在反應(yīng)③達(dá)到平衡后,若加壓,則平衡不移動(dòng)、混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變、混合氣體密度不變

B.若830 ℃時(shí)反應(yīng)③的K=1.0,則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K＞1.0

C.某溫度下,若向已達(dá)平衡的反應(yīng)③中加入等物質(zhì)的量的CO和H2O(g),則平衡右移、平衡常數(shù)變大

(4)為了尋找合適的反應(yīng)溫度,研究者進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),每次實(shí)驗(yàn)保持原料氣組成、壓強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間等因素不變,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖,

則CO轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的規(guī)律是  　。

其原因是 　。

 

Answer 1

Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

Ⅱ.(1)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)

ΔH=-246.1 kJ·mol-1

(2)0.2 mol·L-1·min-1　8.4　(3)B

(4)溫度低于240 ℃時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240 ℃時(shí),CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小

在相等的時(shí)間里,在較低溫時(shí),各反應(yīng)體系均未達(dá)到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)速率影響,隨著溫度的升高反應(yīng)速率增大,CO的轉(zhuǎn)化率也增大;在較高溫時(shí),各反應(yīng)體系均已達(dá)到平衡,CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),CO的轉(zhuǎn)化率減小

【解析】Ⅰ.生成物中有CO,根據(jù)原子守恒,反應(yīng)物中有固體C,

C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)。

Ⅱ.(1)①×2+②+③得到

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)　

ΔH=-246.1 kJ·mol-1。

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度(mol·L-1)130

轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1)0.61.20.6

平衡濃度(mol·L-1)0.41.80.6

v(CO)===0.2 mol·L-1·min-1。

設(shè)起始時(shí)H2濃度為x mol·L-1,

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度(mol·L-1)2x0

轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1)1.22.41.2

平衡濃度(mol·L-1)0.8x-2.41.2

條件不變,平衡常數(shù)不變:

=,

x=4.2,

則起始時(shí)加入的H2的物質(zhì)的量為:

4.2 mol·L-1×2 L=8.4 mol。

(3)反應(yīng)③是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng),加壓、容器體積減小,平衡不移動(dòng),混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變,混合氣體密度增大,A錯(cuò);催化反應(yīng)室中溫度230～280 ℃,低于830 ℃,利于反應(yīng)正向進(jìn)行,K增大,K＞1.0,B正確;溫度不變,平衡常數(shù)不變,C錯(cuò)。