Question

16．新的研究表明二甲醚（DME）是符合中國能源結(jié)構(gòu)特點的優(yōu)良車用替代燃料，二甲醚催化重整制氧的反應過程，主要包括以下幾個反應（以下數(shù)據(jù)為25℃、1.01×10⁵Pa測定）：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.5kJ/mol 
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
③CO（g）+H₂O（l）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.17kJ/mol
④CH₃OH（l）?CO（g）+2H₂（g）△H=+90.18kJ/mol 
請回答下列問題：
（1）寫出用二甲醚制H₂同時全部轉(zhuǎn)化為CO₂時反應的熱化學方程式CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+122.52KJ/mol．
（2）200℃時反應③的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$．
（3）在一常溫恒容的密閉容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作為該反應達到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)為A．
A、容器內(nèi)氣體密度保持不變      
B、氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變 
C、CO的體積分數(shù)保持不變        
D、CO與H₂的物質(zhì)的量之比保持1：2不變
（4）工業(yè)生產(chǎn)中測得不同溫度下各組分體積分數(shù)及二甲醚轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖1所示．
①你認為反應控制的最佳溫度為C．
A、300～350℃B、350～400℃C、400～450℃D、450～500℃
②在溫度達到400℃以后，二甲醚與CO₂以幾乎相同的變化趨勢降低，而CO、H₂體積分數(shù)也以幾乎相同的變化趨勢升高，分析可能的原因是可能發(fā)生另一種制氫反應：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．（用相應的化學方程式表示）
（5）某一體積固定的密閉容器中進行反應②，200℃時達平衡．請在圖2中補充畫出：t₁時刻升溫，在t₁與t₂之間某時刻達到平衡；t₂時刻添加催化劑，CO₂的百分含量隨時間變化圖象．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)蓋斯定律解答，從待求反應出發(fā)，分析已知反應的反應物和生成物，通過相互加減得到待求反應；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)表達式等于生成物濃度的冪次方之積比上反應物濃度的冪次方之積書寫；
（3）當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，根據(jù)密度和平均相對分子質(zhì)量的公式進行分析解答該題；
（4）①由圖可知在400-450℃時，二甲醚的濃度最小，轉(zhuǎn)化率最大；
②溫度超過400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說明二甲醚與二氧化碳以1：1反應，生成CO與氫氣的比例相同，則反應的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO；
（5）t₁時升高溫度，平衡向正反應方向移動，CO₂的百分含量增加，據(jù)此畫圖．

解答 解：（1）已知
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.5kJ/mol 
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
據(jù)蓋斯定律，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+24.5kJ/mol+49.01kJ/mol×2=+122.52KJ/mol； 
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+122.52KJ/mol；
（2）③200℃時CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.17kJ/mol，平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{c（CO{\;}_{2}）c（H{\;}_{2}）}{c（CO）c（H{\;}_{2}O）}$；
（3）A．在恒容容器中，體積不變，由CH₃OH（l）?CO（g）+2H₂（g）反應可得反應前后氣體質(zhì)量在變，所以密度保持不變，證明達到了化學平衡狀態(tài)，故A正確；
B．由于甲醇為液體，氣體的組成一直不變，CO與氫氣的物質(zhì)的量之比一直是1：2，則平均相對分子質(zhì)量一直不變，所以平均相對分子質(zhì)量保持不變不能證明達到了化學平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．由于甲醇為液體，氣體的組成一直不變，CO與氫氣的物質(zhì)的量之比一直是1：2，所以CO的體積分數(shù)一直不變，所以CO的體積分數(shù)保持不變，不能證明達到了化學平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．由于甲醇為液體，氣體的組成一直不變，CO與氫氣的物質(zhì)的量之比一直是1：2，所以不能證明達到了化學平衡狀態(tài)，故D錯誤．
故選：A；
（4）①由圖可知在400-450℃時，二甲醚的濃度最小，轉(zhuǎn)化率最大，故選C．
②溫度超過400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說明二甲醚與二氧化碳以1：1反應，生成CO與氫氣的比例相同，則反應的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO，故答案為：可能發(fā)生另一種制氫反應：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO；
（5）t₁時升高溫度，平衡向正反應方向移動，CO₂的百分含量增加，圖象為：，故答案為：；

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡常數(shù)表達式的書寫、平衡狀態(tài)的判斷圖表信息的提取與應用，綜合性強，難度不大．