Question

【題目】(1)250℃時(shí)，以鎳合金為催化劑，向初始體積為 8L 的密閉容器中通入 5molCO2、3molCH4，在恒壓條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g) +CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)。平衡體系中甲烷的物質(zhì)的量變化見表。

反應(yīng)時(shí)間(s)	2	4	6	8
CH4物質(zhì)的量(mol)	2.7	2.4	2.0	2.0

此溫度下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K =_____。

(2)二甲醚催化重整制氫的反應(yīng)過程，主要有以下幾個(gè)反應(yīng)(數(shù)據(jù)為 25℃、1.01×105Pa 測定)

① CH3OCH3(g) + H2O(l)2CH3OH(l) △H＝＋24.52kJ/mol

② CH3OH(l) + H2O(l)CO2(g) + 3H2(g) △H＝＋49.01kJ/mol

③ CO(g) + H2O(l)CO2(g) + H2(g) △H＝－41.17kJ/mol

④ CH3OH(l)CO (g) + 2H2(g) △H＝＋90. 18kJ/mol

則 CH3OCH3(g) +3H2O(l)2CO2(g) + 6H2(g) △H =_____kJ/mol

(3)上述(2)中二甲醚催化重整制氫的過程中測得不同溫度下各組分體積分?jǐn)?shù)及二甲醚的轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖所示：

①你認(rèn)為反應(yīng)控制的最佳溫度應(yīng)為_____________，理由是__________。

A.300～350℃ B.350～400℃ C.400～450℃ D.450～500℃

②在一個(gè)絕熱恒容的密閉容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作為該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)的是____________。

A.體系的溫度不再改變 B.氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

C.CO 的體積分?jǐn)?shù)不變 D.氣體的密度保持不變

③ 在溫度達(dá)到 400℃以后，二甲醚與 CO2以幾乎相同的變化趨勢明顯降低，而 CO 和 H2發(fā)體積分?jǐn)?shù)也以幾乎相同的變化趨勢升高。則此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為_______________試在圖中黑色方框內(nèi)畫出 400℃以后的 CH3OCH3和 CO 體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢____。

Answer 1

【答案】0.02 +122.54 C 二甲醚的轉(zhuǎn)化率高，且產(chǎn)物CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)較大 AD CH3OCH3(g)+CO2(g)3CO(g)+3H2(g)

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)中各物質(zhì)濃度變化量之比等于其化學(xué)計(jì)量數(shù)之比算出各物質(zhì)平衡時(shí)的濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)定義算出平衡常數(shù)；

（2）利用蓋斯定律解答；

（3）①根據(jù)反應(yīng)物體積分?jǐn)?shù)越低，其轉(zhuǎn)化率越高，生成物體積分?jǐn)?shù)越高，其反應(yīng)選擇性越好進(jìn)行分析；

②根據(jù)平衡狀態(tài)下各變量不再變化進(jìn)行分析；

③二甲醚與 CO2以幾乎相同的變化趨勢明顯降低，而 CO 和 H2發(fā)體積分?jǐn)?shù)也以幾乎相同的變化趨勢升高可確定反應(yīng)物與生成物，根據(jù)原子守恒配平；根據(jù)各物質(zhì)的變化趨勢和反應(yīng)中化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系確定曲線變化。

（1）由表格數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)達(dá)到平衡后，n(CH4)=2mol，Δn(CH4)=3mol-2mol=1mol，則平衡時(shí)n(CO2)=4mol、n(CO)=2mol、n(H2)=2mol，初始體積為8L，設(shè)平衡時(shí)體積為V，則，得V=10L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)；

（2）已知：① CH3OCH3(g)+H2O(l)2CH3OH(l)△H=+24.52kJ/mol

② CH3OH(l)+H2O(l)CO2(g)+3H2(g)△H=+49.01kJ/mol

③ CO(g)+H2O(l)CO2(g)+H2(g)△H=-41.17kJ/mol

④ CH3OH(l)CO(g)+2H2(g)△H=+90. 18kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律①+②+③+④可得：CH3OCH3(g)+3H2O(l)2CO2(g)+6H2(g)△H=+122.54kJ/mol；

（3）①根據(jù)圖可知，400450℃時(shí)，二甲醚的轉(zhuǎn)化率高，且產(chǎn)物CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)較大，故答案為：C；二甲醚的轉(zhuǎn)化率高，且產(chǎn)物CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)較大；

②A．反應(yīng)④為吸熱反應(yīng)，裝置為絕熱，故體系溫度會(huì)降低，平衡時(shí)，體系的溫度不再改變，故A符合題意；

B．裝置中的氣體始終為1：2的CO和H2，故氣體的平均相對分子質(zhì)量始終保持不變，不能說明化學(xué)平衡狀態(tài)，故B不符合題意；

C．裝置中的氣體始終為1：2的CO和H2，故CO的體積分?jǐn)?shù)始終不變，不能說明化學(xué)平衡狀態(tài)，故C不符合題意；

D．根據(jù)，氣體的總質(zhì)量增大，V不變，故氣體的密度保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D符合題意；

故答案為：AD；

③在溫度達(dá)到400℃以后，二甲醚與 CO2以幾乎相同的變化趨勢明顯降低，說明二甲醚與 CO2均作反應(yīng)物，且二者系數(shù)為1:1，而 CO 和 H2發(fā)體積分?jǐn)?shù)也以幾乎相同的變化趨勢升高，說明CO與H2作生成物，且二者系數(shù)為1:1，根據(jù)原子守恒可知，發(fā)生反應(yīng)： CH3OCH3(g)+CO2(g)3CO(g)+3H2(g)，則CH3OCH3減少，其趨勢下降，CO增多，其趨勢上升，且變化比例為1:3，故圖象大致趨勢為：。