Question

2．近幾年，利用CO₂合成二甲醚已成為人們所關(guān)注的熱點．其反應(yīng)原理如下：
反應(yīng)①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
反應(yīng)②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
反應(yīng)③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l）△H₃
請回答：
（1）CO₂轉(zhuǎn)化成二甲醚的反應(yīng)原理為：
反應(yīng)④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H₄=-122.54kJ/mol．
（2）下列不能說明反應(yīng)③在298K、恒容條件下達化學(xué)平衡的狀態(tài)是B．
A．v正（H₂）=v逆（H₂O）
B．n（CO₂）：n（H₂）：n（CO）：n（H₂O）=1：1：1：1
C．混合氣體的密度不變
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
E．容器的壓強不變
（3）寫出反應(yīng)②在500K時的平衡常數(shù)表達式：K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{c（{C{H}_{3}OH）}^{2}}$．
（4）如圖表示起始投料量$\frac{{H}_{2}}{C{O}_{2}}$=4時，反應(yīng)③、④中CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關(guān)系圖，根據(jù)圖示回答下列問題：
①△H₃＞0（填寫“＞”、“＜”、“=”）
②低溫（高溫或低溫）有利于提高反應(yīng)④中二甲醚的產(chǎn)率，請簡述理由：較低溫度下，反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率較小而反應(yīng)④較大，所以低溫對反應(yīng)④有利，二甲醚的產(chǎn)率較高．
③若起始投料量$\frac{{H}_{2}}{C{O}_{2}}$=4，起始溫度為298K，反應(yīng)④在503K時達到平衡，請在答卷上畫出CO₂轉(zhuǎn)化率隨溫度升高的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得目標(biāo)反應(yīng)，據(jù)此計算出△H₄；
（2）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進行判斷；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念及該反應(yīng)方程式寫出其表達式；
（4）①根據(jù)圖象可知，升高溫度，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，則平衡向著正向移動，據(jù)此判斷焓變；
②根據(jù)反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)、反應(yīng)④為放熱反應(yīng)分析；
③反應(yīng)④在503K時達到平衡，則在該溫度下二氧化碳的轉(zhuǎn)化率最高，據(jù)此畫出圖象．

解答 解：（1）反應(yīng)①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
反應(yīng)②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②可得：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H₄=（-49.01kJ/moL）×2+（-24.52kJ/moL）=-122.54kJ/mol，
故答案為：-122.54kJ/mol；
（2）反應(yīng)③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l），
A．v正（H₂）=v逆（H₂O），正逆反應(yīng)速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故A正確；
B．n（CO₂）：n（H₂）：n（CO）：n（H₂O）=1：1：1：1，不能證明各組分的濃度不再變化，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．由于反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不相等，在恒容條件下，反應(yīng)過程中混合氣體的密度始終發(fā)生變化，所以混合氣體的密度不變，證明各組分濃度不再變化，已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．反應(yīng)前后氣體混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，表面各組分濃度不變，該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，故D正確；
E．該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，若容器的壓強不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，故E正確；
故答案為：B；
（3）2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O的平衡常數(shù)表達式為：K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{c（{C{H}_{3}OH）}^{2}}$，
故答案為：K=$\frac{c（{H}_{2}O）•c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{c（{C{H}_{3}OH）}^{2}}$；
（4）①根據(jù)圖象可知，升高溫度后反應(yīng)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，說明升高溫度平衡向著正向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以△H₃＞0，
故答案為：＞；
②由于反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)④為放熱反應(yīng)，所以在較低溫度下，反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率較小而反應(yīng)④較大，故低溫對反應(yīng)④有利，二甲醚的產(chǎn)率較高，
故答案為：低溫；較低溫度下，反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率較小而反應(yīng)④較大，所以低溫對反應(yīng)④有利，二甲醚的產(chǎn)率較高；
③反應(yīng)④在503K時達到平衡，則從298K開始，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率逐漸增大，當(dāng)溫度達到503K時，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率達到最大，當(dāng)溫度大于503K后，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會減小，則CO₂轉(zhuǎn)化率隨溫度升高的變化曲線為：，
故答案為：．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)圖象的分析等知識，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握蓋斯定律的內(nèi)容及其應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．