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，對臭氧層無破壞作用。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)生三個反應：

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

回答下列問題：

（1）新工藝的總反應3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+ CO2（g）的熱化學方程式為_________。

（2）工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應合成甲醇:CO(g) + 2H2(g)CH3OH (g) △H

下表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(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“＜”)。能夠說明某溫度下該反應是平衡狀態(tài)的是

A.體系的壓強不變

B.密度不變

C.混合氣體的相對分子質(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 10min后，達到平衡時測得c(CO)=0.2mol/L，計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)過處理后獲得的較純H2用于合成氨。合成氨反應原理為：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ?mol-1。實驗室模擬化工生產(chǎn)，在恒容密閉容器中沖入一定量N2和H2后，分別在不同實驗條件下反應，N2濃度隨時間變化如下圖。

請回答下列問題：

①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ改變的條件為 。

②在實驗Ⅲ中改變條件為采用比實驗Ⅰ更高的溫度，請在下圖中畫出實驗I和實驗Ⅲ中NH3濃度隨時間變化的示意圖。

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，化學平衡常數(shù)減小，說明升高溫度，平衡逆向移動，逆反應方向是吸熱反應，所以該反應的正反應是放熱反應，所以ΔH＜0；A. 由于該反應是反應前后氣體體積不等的反應，若未達到平衡，則體系的壓強就會發(fā)生改變，所以體系的壓強不變，則反應達到平衡狀態(tài)，正確；B. 密度不變由于反應混合物都是氣體，所以在任何時刻物質(zhì)的密度都不發(fā)生變化，因此不能作為判斷平衡的標志，錯誤；C. 由于該反應是反應前后氣體體積不等的反應，若未達到平衡，則體系的氣體的物質(zhì)的量就會發(fā)生變化，氣體的相對分子質(zhì)量就會改變，若氣體的相對分子質(zhì)量不變，則反應達到平衡狀態(tài)，正確；D. c(CO)=c(CH3OH)時反映可能處于平衡狀態(tài)，也可能未達到平衡，因此不能作為判斷平衡的標志，錯誤；②某溫度下，在反應開始是c(CO)=1.0mol/L，c(H2)=3.0mol/L，將 2mol CO和 6mol H2，充分反應 10min后，達到平衡時測得c(CO)=0.2mol/L，則平衡時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：與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ反應速率大大加快，達到平衡所需要的時間縮短，但是N2平衡濃度沒有改變，因此平衡未發(fā)生移動，則改變的條件為加入催化劑；② 在實驗Ⅲ中改變條件為采用比實驗Ⅰ更高的溫度，由于升高溫度化學反應速率加快，達到平衡所需要的時間縮短，但是由于該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱的逆反應方向移動，因此達到平衡時NH3的含量降低，用圖像表示實驗I和實驗Ⅲ中NH3濃度隨時間變化的示意圖是

。

考點：考查熱化學方程式的書寫、反應熱效應的判斷、平衡狀態(tài)的判斷、催化劑、溫度對平衡移動的影響的圖像法表示、化學平衡常數(shù)的計算的知識。