Question

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(duì)臭氧層無(wú)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(gè)反應(yīng)：

① CO（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(wèn)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_(kāi)________。

（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(shuō)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(duì)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(cè)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(guò)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＝-92.4kJ?mol-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)間變化如下圖。

請(qǐng)回答下列問(wèn)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(qǐng)?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 （3分）②Κ=2.04 （3分）

（3）①使用催化劑（2分）。

② （3分）

【解析】

試題分析：（1） ①×2+②+③，整理可得：3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+ CO2（g）△H＝－(2Q1+Q2+Q3) kJ/mol；（2） ①升高溫度，化學(xué)平衡常數(shù)減小，說(shuō)明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)方向是吸熱反應(yīng)，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以ΔH＜0；A. 由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，若未達(dá)到平衡，則體系的壓強(qiáng)就會(huì)發(fā)生改變，所以體系的壓強(qiáng)不變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；B. 密度不變由于反應(yīng)混合物都是氣體，所以在任何時(shí)刻物質(zhì)的密度都不發(fā)生變化，因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志，錯(cuò)誤；C. 由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，若未達(dá)到平衡，則體系的氣體的物質(zhì)的量就會(huì)發(fā)生變化，氣體的相對(duì)分子質(zhì)量就會(huì)改變，若氣體的相對(duì)分子質(zhì)量不變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；D. c(CO)=c(CH3OH)時(shí)反映可能處于平衡狀態(tài)，也可能未達(dá)到平衡，因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志，錯(cuò)誤；②某溫度下，在反應(yīng)開(kāi)始是c(CO)=1.0mol/L，c(H2)=3.0mol/L，將 2mol CO和 6mol H2，充分反應(yīng) 10min后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，則平衡時(shí)c(H2)=1.4mol/L，c(CH3OH)=0.8mol/L，則此溫度下的平衡常數(shù)K=；（3） ① 根據(jù)圖像可知：與實(shí)驗(yàn)Ⅰ比較，實(shí)驗(yàn)Ⅱ反應(yīng)速率大大加快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間縮短，但是N2平衡濃度沒(méi)有改變，因此平衡未發(fā)生移動(dòng)，則改變的條件為加入催化劑；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，由于升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間縮短，但是由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此達(dá)到平衡時(shí)NH3的含量降低，用圖像表示實(shí)驗(yàn)I和實(shí)驗(yàn)Ⅲ中NH3濃度隨時(shí)間變化的示意圖是

。

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)熱效應(yīng)的判斷、平衡狀態(tài)的判斷、催化劑、溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響的圖像法表示、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算的知識(shí)。