Question

【题目】新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料．二甲醚催化重整制氢气的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为200℃、1.01×105Pa测定）： ①CH3OCH3（g）+H2O（g）═2CH3OH（g）△H=+a kJmol﹣1
②CH3OH（g）+H2O（g）═CO2（g）+3H2（g）△H=+b kJmol﹣1
③CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=﹣c kJmol﹣1
④CH3OH（g）═CO（g）+2H2（g）△H=+d kJmol﹣1
请回答下列问题．
（1）写出用二甲醚制H2同时全部转化为CO2时反应的热化学方程式 ．
（2）写出反应③的平衡常数表达式K= ． 若温度升高，此反应的K值将（增大、减小或不变）．
（3）在200℃恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为 ． A．容器内气体密度保持不变 B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．CO的体积分数保持不变 D．CO与H2的物质的量之比保持1：2不变
（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系分别如图1、图2所示．
①你认为工业生产中控制的最佳温度为 ．
A.250～300℃B.300～350℃C.350～400℃D.400～450℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO2以几乎相同的变化趋势降低，而CO、H2的体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，用化学方程式表示可能的原因 ．
（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡．下述条件改变时，请在图3中补充画出CO2的百分含量随时间变化的图像：t1时刻升温，在t1与t2之间某时刻达到平衡；t2时刻添加催化剂．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OCH3（g）+3H2O（g）?2CO2（g）+6H2（g），△H=+（a+2b）kJ/mol
（2）；减小
（3）B、C
（4）D；CH3OCH3+CO2?3H2+3CO
（5）
【解析】解：（1）已知：①CH3OCH3（g）+H2O（g）2CH3OH（g）△H=+akJ/mol ②CH3OH（l）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H=+bkJ/mol
据盖斯定律，①+②×2得：CH3OCH3（g）+3H2O（g）2CO2（g）+6H2（g），△H=+（a+2b）kJ/mol，
所以答案是：CH3OCH3（g）+3H2O（g）2CO2（g）+6H2（g），△H=+（a+2b）kJ/mol；（2）反应③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）的平衡常数表达式K= ，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，
所以答案是： ；减小；（3）A．均为气体，混合气体总质量不变，容器容积不变，容器内气体的密度始终不变，故A错误；
B．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体物质的量增大，平均相对分子质量减小，所以平均相对分子质量保持不变时，说明达到了化学平衡状态，故B正确；
C．CO的体积分数不变，说明反应到达平衡，故C正确；
D．CO与氢气的物质的量之比始终是1：2，不能证明达到了化学平衡状态，故D错误．
故选：BC；（4）①由图可知在400﹣450℃时，二甲醚的浓度最小，转化率最大，氢气的体积分数最大，故选：C；
②温度超过400℃，二甲醚与二氧化碳相同的比例降低，CO与氢气相同的比例升高，说明二甲醚与二氧化碳以1：1反应，生成CO与氢气的比例相同，则反应的方程式为：CH3OCH3+CO23H2+3CO，
所以答案是：CH3OCH3+CO23H2+3CO；（5）t1时升高温度，平衡向正反应方向移动，CO2的百分含量增加，图像为： ，
所以答案是： ．
【考点精析】认真审题，首先需要了解化学平衡状态本质及特征(化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）)．