Question

【题目】氢气既是一种清洁能源，又是一种化工原料，在国民经济中发挥着重要的作用。

（1）氢气是制备二甲醚的原料之一，可通过以下途径制取：

Ⅰ.2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g） △H

Ⅱ.2CO（g）+4H2（g）CH3OCH3（g）+H2O（g） △H

已知：①CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1=akJmol-1

②CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g） △H2=bkJmol-1

③CH3OCH3（g）+H2O（g）2CH3OH（g） △H3=ckJmol-1

则反应Ⅱ的△H____kJmol-1

（2）氢气也可以和CO2在催化剂（如Cu/ZnO）作用下直接生成CH3OH，方程式如下CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），现将1molCO2（g）和3molH2（g）充入2L刚性容器中发生反应，相同时间段内测得CH3OH的体积分数φ （CH3OH）与温度（T）的关系如图所示：

①经过10min达到a点，此时CH3OH的体积分数为20%．则v（H2）=___（保留三位小数）。

②b点时，CH3OH的体积分数最大的原因是___。

③b点时，容器内平衡压强为 P0，CH3OH的体积分数为30%，则反应的平衡常数Kp=___（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数）

④a点和b点的v逆，a__b（填“＞”“＜”或”=”）若在900K时，向此刚性容器中再充入等物质的量的CH3OH和H2O，达平衡后φ（CH3OH）___30%。

⑤在900K及以后，下列措施能提高甲醇产率的是____（填字母）

a．充入氦气 b．分离出H2O c．升温 d．改变催化剂

（3）H2还可以还原NO消除污染，反应为2NO（g）+2H2（g）N2（g）+2H2O（g），该反应速率表达式v=kc2（NO）c（H2）（k是速率常数，只与温度有关），上述反应分两步进行：

i.2NO（g）+H2（g）N2（g）+H2O2（g）△H1；ii．H2O2（g）+H2（g）2H2O（g）△H2化学总反应分多步进行，反应较慢的一步控制总反应速率，上述两步反应中，正反应的活化能较低的是___（填“i”或“ii”）

Answer 1

【答案】（2a+2b-c） 0.086mol/（Lmin） 反应达到平衡状态 ＜ ＞ b ii

【解析】

(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=akJmol-1，②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2=bkJmol-1，③CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)△H3=ckJmol-1，盖斯定律计算(①+②)×2-③得到反应Ⅱ2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)的△H；

(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，现将1 mol CO2(g)和3mol H2(g)充入2L刚性容器中发生反应，经过10min达到a点，此时CH3OH的体积分数为20%．结合三行计算列式计算；

②b点时，CH3OH的体积分数最大的原因是此点反应达到平衡状态；

③b点时，容器内平衡压强为 P0，CH3OH的体积分数为30%，三行计算列式计算平衡物质的量，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数；

④a点v正＞v逆，b点v正=v逆，温度升高反应速率增大，若在900K时，向此刚性容器中再充入等物质的量的CH3OH和H2O，相当于总压增大平衡正向进行；

⑤在900K及以后，能提高甲醇产率的是改变条件平衡正向进行；

(3)反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)，该反应速率表达式v=kc2(NO)c(H2)，反应速率是由第一步决定，反应活化能大。

(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=akJmol-1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H2=bkJmol-1

③CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g) △H3=ckJmol-1

盖斯定律计算(①+②)×2-③得到反应Ⅱ2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=(2a+2b-c)KJ/mol，故答案为：(2a+2b-c)；

(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，现将1molCO2(g)和3molH2(g)充入2L刚性容器中发生反应，经过10min达到a点，此时CH3OH的体积分数为20%。结合三行计算列式计算，设消耗二氧化碳物质的量为x，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol)1 3 0 0

变化量(mol)x 3x x x

平衡量(mol)1-x 3-3x x x

CH3OH的体积分数==20%，x=mol，

v(H2)==0.086mol/(Lmin)，故答案为：0.086mol/(Lmin)；

②b点时，CH3OH的体积分数最大的原因是反应达到平衡状态，故答案为：反应达到平衡状态；

③b点时，容器内平衡压强为P0，CH3OH的体积分数为30%，消耗二氧化碳物质的量y，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 1 3 0 0

变化量(mol)y 3y y y

平衡量(mol)1-y 3-3y y y

=0.3，y=0.75mol，平衡状态气体总物质的量=4mol-2×0.75mol=2.5mol，反应的平衡常数Kp==，故答案为：；

④a点v正＞v逆，b点v正=v逆，温度升高反应速率增大，a点和b点的v逆，a＜b，若在900K时，向此刚性容器中再充入等物质的量的CH3OH和H2O，相当于增大总压，平衡正向进行，达平衡后φ(CH3OH)＞30%，故答案为：＜；＞；

⑤在900K及以后，能提高甲醇产率的是平衡正向进行，

a．充入氦气 总压增大分压不变，平衡不变，故a错误；

b．分离出H2O，平衡正向进行，甲醇产率增大，故b正确；

c．图中分析升温甲醇体积分数减小，说明正反应为放热反应，反应升温 平衡逆向进行，甲醇产率减小，故c错误；

d．改变催化剂，不改变化学平衡，甲醇产率不变，故d错误；

故答案为：b；

(3)H2还可以还原NO消除污染，反应为2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)，该反应速率表达式v=kc2(NO)c(H2)(k是速率常数，只与温度有关)，上述反应分两步进行：i.2NO(g)+H2(g)N2(g)+H2O2(g)△H1；ii．H2O2(g)+H2(g)2H2O(g)△H2化学总反应分多步进行，反应较慢的一步i反应控制总反应速率，反应活化能大，正反应的活化能较低的是ii，故答案为：ii。