Question

（14分）二甲醚（CH3OCH3）是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上以CO和H2為原料生產(chǎn)二甲醚CH3OCH3的新工藝主要發(fā)生三個反應(yīng)：

①CO（g） + 2H2（g） CH3OH（g） △H1＝－Q1 kJ·mol－1

② 2CH3OH（g） CH3OCH3（g）+ H2O（g） △H2＝－Q2 kJ·mol－1

③ CO（g）+ H2O（g） CO2（g） + H2（g） △H3＝－Q3 kJ·mol－1

回答下列問題：

（1）新工藝的總反應(yīng)3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+ CO2（g）的熱化學(xué)方程式為_________。

（2）工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇:CO(g) + 2H2(g)CH3OH (g) △H

下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(Κ)。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷ΔH 0 (填“＞”、“=”或“＜”)。能夠說明某溫度下該反應(yīng)是平衡狀態(tài)的是

A.體系的壓強(qiáng)不變 B.密度不變

C.混合氣體的相對分子質(zhì)量不變 D.c(CO)=c(CH3OH)

②某溫度下，將 2mol CO和 6mol H2 充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng) 10min后，達(dá)到平衡時(shí)測得c(CO)=0.2mol/L，計(jì)算此溫度下的平衡常數(shù)K= 。

（3）工業(yè)生產(chǎn)是把水煤氣中的混合氣體經(jīng)過處理后獲得的較純H2用于合成氨。合成氨反應(yīng)原理為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝-92.4kJmol-1。實(shí)驗(yàn)室模擬化工生產(chǎn)，在恒容密閉容器中沖入一定量N2和H2后，分別在不同實(shí)驗(yàn)條件下反應(yīng)，N2濃度隨時(shí)間變化如圖。請回答下列問題：

①與實(shí)驗(yàn)Ⅰ比較，實(shí)驗(yàn)Ⅱ改變的條件為 。

②在實(shí)驗(yàn)Ⅲ中改變條件為采用比實(shí)驗(yàn)Ⅰ更高的溫度，請?jiān)谙聢D中畫出實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅲ中NH3濃度隨時(shí)間變化的示意圖。

Answer 1

（1）3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2 (g) △H＝－(2Q1+Q2+Q3) kJ/mol （3分）

（2） ①ΔH＜0 （2分） A、C （2分）②Κ=2.04 （2分）（3）①使用催化劑（2分）。

② （3分）

【解析】

試題分析：（1）比較①、②、③和總反應(yīng)可知將①×2+②+③，可得：3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+ CO2（g）,則△H＝－(2Q1+Q2+Q3) kJ/mol；（2） ①從表中的數(shù)據(jù)可以看出溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，說明升高溫度，平衡逆向移動，那么該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以ΔH＜0；A.該反應(yīng)是氣體體積改變的反應(yīng)，如果沒有達(dá)到平衡，那么體系的壓強(qiáng)就會發(fā)生改變，所以壓強(qiáng)不變說明氣體的消耗速率和生成速率相等，反應(yīng)達(dá)到了平衡，對；B. 反應(yīng)體系中物質(zhì)都是氣體，不管在任何時(shí)刻氣體密度都不變，不能甩密度判斷反應(yīng)是否達(dá)到了平衡，錯；C.該反應(yīng)是氣體體積改變的反應(yīng)，如果沒有達(dá)到平衡，則氣體的物質(zhì)的量就會發(fā)生變化，根據(jù)M=m/n，物質(zhì)的量發(fā)生改變，氣體的相對分子質(zhì)量就會改變，所以氣體的相對分子質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；D. c(CO)=c(CH3OH)不能說明物質(zhì)的濃度不再改變，不能作判斷反應(yīng)達(dá)到了平衡，錯；②根據(jù)條件可以列出如下方程式：

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

c(起始)mol/L 1 3 0

c(變化)mol/L 0.8 1.6 0.8

c(平衡)mol/L 0.2 1.4 0.8

平衡常數(shù)K=c(CH3OH)/c(CO)·c2(H2)=0.8/(0.2×1.42)=2.04；（3） ① 從圖像可以看出實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ相比較，實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)速率加快了，但是N2平衡濃度相等，說明平衡沒有發(fā)生移動，所以改變的條件為加入了催化劑；②實(shí)驗(yàn)Ⅲ的溫度比實(shí)驗(yàn)Ⅰ更高，那么達(dá)到平衡的時(shí)間更短，同時(shí)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆向移動，NH3濃度更小，平衡時(shí)的濃度曲線應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)Ⅰ的下方，實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅲ的NH3濃度隨時(shí)間變化的示意圖如下：

。

考點(diǎn)：蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡圖像的認(rèn)識和繪制。