Question

【題目】（本題滿分18分）二甲醚（CH3OCH3）是一種應用前景廣闊的清潔燃料，以CO和H2為原料生產二甲醚主要發生以下三個反應：

編號	熱化學方程式	化學平衡常數
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①中的相關的化學鍵鍵能數據如下：

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

由上述數據計算△H1= ；

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

（3）下列措施中，能提高CH3OCH3產率的有 ；

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

（4）工藝中反應①和反應②分別在不同的反應器中進行，無反應③發生．該工藝中反應③的發生提高了CH3OCH3的產率，原因是 ；

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

A．該反應的△H＞0

B．若在p2和316℃時反應達到平衡，則CO的轉化率小于50%

C．若在p3和316℃時反應達到平衡，H2的轉化率等于50%

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

E．若在p1和200℃時，反應達平衡后保持溫度和壓強不變，再充入2mol H2和1mol CO，則平衡時二甲醚的體積分數增大

（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，發生反應：4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），反應達平衡后測得二甲醚的體積分數為25%，則該溫度下反應的平衡常數K= ．

Answer 1

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

（4）反應③消耗了反應②中的產物H2O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動，從而提高CH3OCH3的產率； （5）CD （6）2.25

【解析】

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

（2）由蓋斯定律可得，總反應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；總反應的平衡常數等于分反應的平衡常數之積，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產率，反應需要向正反應方向移動，因此通過減小氣體體積、降溫、減少產物的量可以實現，而催化劑對化學平衡的移動沒有影響，由此可知A、D正確；

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

（5）由圖象可知，反應溫度升高，CO的轉化率降低，說明該正反應方向為放熱反應，△H＜0，A錯誤；找出p2，316℃坐標點，可知CO的轉化率大于50%，B錯誤；由圖可知，p3，316℃時，CO的轉化率為50%，而此時H2和CO的物質的量之比等于系數比，即兩者的轉化率相等，所以H2的轉化率也為50%，C正確；若增大H2和CO的物質的量之比，則平衡正向移動，CO的轉化率也同時升高，D正確；根據等效平衡的原理，保持溫度和壓強不變，充入與起始時等比值的氫氣和CO，兩種平衡等效，二甲醚的體積分數不變，E錯誤；故答案為CD；

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