Question

【題目】二甲醚()是一種清潔能源，可由合成氣(、)來制備，反應(yīng)原理如下：

反應(yīng)Ⅰ：

反應(yīng)Ⅱ：

回答下列問題：

(1)上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)性”原則的是__________(填“反應(yīng)Ⅰ”或“反應(yīng)Ⅱ”)。

(2)圖中使曲線對(duì)應(yīng)反應(yīng)按曲線進(jìn)行的措施是__________，由合成氣(、)制備的熱化學(xué)方程式為__________,該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為_________(填“低溫”或“高溫”)。

(3)模擬該制備原理，起始時(shí)在某容器中充入和合成，平衡時(shí)混合物中氫氣的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

①下列有關(guān)說法能夠證明恒溫恒壓時(shí)，反應(yīng) 一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________(填序號(hào))。

.和的轉(zhuǎn)化率相等

.反應(yīng)體系中混合氣體密度保持不變

.的值保持不變

.反應(yīng)體系壓強(qiáng)保持不變

②圖中________(填“>”“<”或“=”)；理由是____________。

③在、兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的條件下，該反應(yīng)從開始到平衡時(shí)生成二甲醚的平均速率：_____。

④點(diǎn)對(duì)應(yīng)的_______(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

Answer 1

【答案】反應(yīng)I 加催化劑 低溫 ＞ 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆移，的體積分?jǐn)?shù)增大，故 ＜

【解析】

(1)綠色化學(xué)原子經(jīng)濟(jì)性就是要求原料物質(zhì)中的所有原子完全被利用，全部轉(zhuǎn)入期望的產(chǎn)物中，原子利用率100%，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)類型為化合反應(yīng)、加成反應(yīng)等；

(2)圖中使曲線對(duì)應(yīng)反應(yīng)按曲線，反應(yīng)的活化能降低；根據(jù)G=H-TS＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行分析；

(3) a．恒溫恒壓時(shí)，反應(yīng)2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)的起始投料為2mol和4mol，而反應(yīng)中消耗的和的物質(zhì)的量之比為1:2；

b．混合氣體密度ρ=，因反應(yīng)前后都是氣體，遵循質(zhì)量守恒，反應(yīng)條件是恒溫恒壓，根據(jù)反應(yīng)前后氣體體積變化分析；

c．反應(yīng)中氫氣的濃度和甲醚的濃度都在不斷變化，當(dāng)的值保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；

d．恒壓條件下，反應(yīng)體系壓強(qiáng)始終保持不變；

②結(jié)合圖像根據(jù)溫度對(duì)反應(yīng)平衡移動(dòng)的影響分析；

③結(jié)合圖像，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡移動(dòng)的影響分析判斷；

④已知起始時(shí)在容器中充入和合成，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化了2xmol，列“三段式”：

根據(jù)B點(diǎn)的氫氣體積分?jǐn)?shù)為40%，則×100%=40%，則x=，結(jié)合平衡時(shí)壓強(qiáng)與物質(zhì)的量關(guān)系計(jì)算平衡常數(shù)。

(1)反應(yīng)Ⅰ是化合反應(yīng)，原子利用率為100%，符合“原子經(jīng)濟(jì)性”原則；

(2)圖中使曲線對(duì)應(yīng)反應(yīng)按曲線，反應(yīng)的活化能降低，加入催化劑可以達(dá)到此效果；由圖可知，反應(yīng)Ⅰ的H1=-(510-419)kJ/mol=-91kJ/mol，則由合成氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H1=-91kJ/mol；反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng)，，又，根據(jù)G=H-TS＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，故該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為低溫；

(3) a．恒溫恒壓時(shí)，反應(yīng)2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)的起始投料為2mol和4mol，而反應(yīng)中消耗的和的物質(zhì)的量之比為1:2，故反應(yīng)過程中和的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；

b．混合氣體密度ρ=，因反應(yīng)前后都是氣體，質(zhì)量守恒，又由于反應(yīng)條件是恒溫恒壓，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)體系的體積在不斷變化，故當(dāng)體系中混合氣體的密度保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；

c．反應(yīng)中氫氣的濃度和甲醚的濃度都在不斷變化，當(dāng)的值保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；

d．恒壓條件下，反應(yīng)體系壓強(qiáng)始終保持不變，不能作為判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故d錯(cuò)誤；

答案選bc；

②由圖可知，壓強(qiáng)為p1kPa時(shí)，在T1溫度下平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)大于在T2溫度下平衡時(shí)氫氣的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)合反應(yīng)的H＜0，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，的體積分?jǐn)?shù)增大，可推知T1＞T2；

③在、兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)條件不同，B點(diǎn)溫度高，壓強(qiáng)大，化學(xué)反應(yīng)速率快，故反應(yīng)從開始到平衡時(shí)生成二甲醚的平均反應(yīng)速率＜；

④已知起始時(shí)在容器中充入和合成，設(shè)達(dá)到平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化了2xmol，列“三段式”：

由圖所示，B點(diǎn)的氫氣體積分?jǐn)?shù)為40%，則×100%=40%，則x=，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為2-2×=mol，H2的物質(zhì)的量為4-4×=mol，CH3OCH3的物質(zhì)的量為mol，H2O的物質(zhì)的量為mol，平衡時(shí)體系的總物質(zhì)的量為mol+mol+mol+mol=mol，則點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Kp==。