Question

13．用氫氣和一氧化碳克制備潔凈能源二甲醚（CH₃OCH₃），工業(yè)制備二甲醚時在催化反應室（壓強為2.0～10.0MPa，溫度為230～280℃）中進行下列反應：
Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=akJ•mol^-1
Ⅱ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
①催化反應室中總反應的熱化學方程式為2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2a+b）KJ/mol．
②已知b＜0，有利于提高反應Ⅱ中CH₃OH轉化率的措施是降低溫度、分離二甲醚（寫出兩條即可）．
③有兩個體積均為2L的恒容密閉容器甲和乙，向甲中加入1molCO和2molH₂，向乙中加入2molCO和4molH₂，均只發(fā)生反應Ⅰ，測得不同溫度下CO的平衡轉化率如圖所示．請在圖示的“□”中填寫“甲”或“乙”；a＜（填“＞”或“＜”）0；L點的化學平衡常數(shù)K（L）=9.375，K（L）＞（填“＞”“=”或“＜”）K（M）

Answer 1

分析 Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=akJ•mol^-1
Ⅱ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
①依據(jù)蓋斯定律計算Ⅰ+Ⅱ得到催化反應室中總反應的熱化學方程式；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1，b＜0，說明反應是放熱反應，有利于提高反應Ⅱ中CH₃OH轉化率的措施是改變條件平衡正向進行；
③圖象分析可知，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應中CO轉化率隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進行，逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，△H＜0，向甲中加入1molCO和2molH₂，向乙中加入2molCO和4molH₂，密閉溶液中乙相當于增大壓強平衡正向進行，一氧化碳轉化率增大，M點的曲線為乙，L點的曲線為甲，依據(jù)化學平衡三行計算列式計算L點平衡濃度，計算平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；LM點溫度不同平衡常數(shù)不同，反應是放熱反應溫度越高平衡常數(shù)越�。�

解答 解：Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=akJ•mol^-1
Ⅱ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
①依據(jù)蓋斯定律計算Ⅰ×2+Ⅱ得到催化反應室中總反應的熱化學方程式為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2a+b）KJ/mol，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2a+b）KJ/mol；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1，b＜0，說明反應是氣體體積不變的放熱反應，有利于提高反應Ⅱ中CH₃OH轉化率的措施是改變條件平衡正向進行，可以降低溫度、分離二甲醚等，
故答案為：降低溫度、分離二甲醚；
③圖象分析可知，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應中CO轉化率隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進行，逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，△H＜0，a＜0，向甲中加入1molCO和2molH₂，向乙中加入2molCO和4molH₂，密閉溶液中乙相當于增大壓強平衡正向進行，一氧化碳轉化率增大，M點的曲線為乙，L點的曲線為甲，
依據(jù)化學平衡三行計算列式計算L點平衡濃度，一氧化碳轉化率為0.6
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.5      1         0
變化量（mol/L）  0.3     0.6        0.3
平衡量（mol/L） 0.2      0.4         0.3
計算平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.3}{0.2×0．{4}^{2}}$=9.375；
LM點溫度不同平衡常數(shù)不同，反應是放熱反應溫度越高平衡常數(shù)越小，M點溫度高則K（L）＞K（M），
故答案為：；＜；9.375；＞．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律應用、影響化學平衡的因素、平衡常數(shù)計算、圖象分析判斷等知識點，題目難度中等．