Question

2．新的研究表明二甲醚（DME）是符合中國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的優(yōu)良車(chē)用替代燃料．二甲醚催化重整制氫氣的反應(yīng)過(guò)程，主要包括以下幾個(gè)反應(yīng)（以下數(shù)據(jù)為200℃、1.01×10⁵Pa測(cè)定）：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H=+a kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
④CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）△H=+d kJ•mol^-1
請(qǐng)回答下列問(wèn)題．
（1）寫(xiě)出用二甲醚制H₂同時(shí)全部轉(zhuǎn)化為CO₂時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g），△H=+（a+2b）kJ/mol．
（2）寫(xiě)出反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$．若溫度升高，此反應(yīng)的K值將減�。ㄔ龃�、減小或不變）．
（3）在200℃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)為BC．
A．容器內(nèi)氣體密度保持不變         B．氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
C．CO的體積分?jǐn)?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(cè)得不同溫度下各組分體積分?jǐn)?shù)及二甲醚轉(zhuǎn)化率的關(guān)系分別如圖1、圖2所示．

①你認(rèn)為工業(yè)生產(chǎn)中控制的最佳溫度為D．
A.250～300℃B.300～350℃C.350～400℃D.400～450℃
②在溫度達(dá)到400℃以后，二甲醚與CO₂以幾乎相同的變化趨勢(shì)降低，而CO、H₂的體積分?jǐn)?shù)也以幾乎相同的變化趨勢(shì)升高，用化學(xué)方程式表示可能的原因CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．
（5）某一體積固定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)②，200℃時(shí)達(dá)平衡．下述條件改變時(shí)，請(qǐng)?jiān)趫D3中補(bǔ)充畫(huà)出CO₂的百分含量隨時(shí)間變化的圖象：t₁時(shí)刻升溫，在t₁與t₂之間某時(shí)刻達(dá)到平衡；t₂時(shí)刻添加催化劑．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?2CH₃OH（g）△H=+akJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+bkJ/mol
據(jù)蓋斯定律，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g）；
（2）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減�。�
（3）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（4）①由圖可知在400-450℃時(shí)，二甲醚的濃度最小，轉(zhuǎn)化率最大，氫氣的體積分?jǐn)?shù)最大；
②溫度超過(guò)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(shuō)明二甲醚與二氧化碳以1：1反應(yīng)，生成CO與氫氣的比例相同；
（5）t₁時(shí)升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的百分含量增加．

解答 解：（1）已知：①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?2CH₃OH（g）△H=+akJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+bkJ/mol
據(jù)蓋斯定律，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g），△H=+（a+2b）kJ/mol，
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g），△H=+（a+2b）kJ/mol；
（2）反應(yīng)③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，
故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；減��；
（3）A．均為氣體，混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，容器內(nèi)氣體的密度始終不變，故A錯(cuò)誤；
B．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變時(shí)，說(shuō)明達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．CO的體積分?jǐn)?shù)不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．CO與氫氣的物質(zhì)的量之比始終是1：2，不能證明達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤．
故選：BC；
（4）①由圖可知在400-450℃時(shí)，二甲醚的濃度最小，轉(zhuǎn)化率最大，氫氣的體積分?jǐn)?shù)最大，故選：C；
②溫度超過(guò)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(shuō)明二甲醚與二氧化碳以1：1反應(yīng)，生成CO與氫氣的比例相同，則反應(yīng)的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO，
故答案為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO；
（5）t₁時(shí)升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的百分含量增加，圖象為：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)及其影響因素、平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡影響因素、讀圖獲取信息的能力等，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．