Question

【题目】二甲醚是重要的有机中间体，利用二氧化碳加氢合成二甲醚能变废为宝，且可替代汽油作为新型清洁燃料。常温常压下，二氧化碳加氢可选择性生成二甲醚或一氧化碳：

①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H1=﹣55.7kJ/mol

②2CH3OH(l)═CH3OCH3(g)+H2O(l)△H2=﹣23.4kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(l) △H3

④H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ/mol

(1)已知反应CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)△H，中相关的化学键键能数据如下：

由此计算△H=______，则△H3=_______。

(2)CO2(g)加氢转化为CH3OCH3(g)和H2O(l)的热化学方程式是___。

(3)合成二甲醚往往选用硅铝混合物作催化剂，硅铝比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同。硅铝比与产物选择性如图所示，图中A点和B点的平衡常数比较：KA___KB（填“>、=、<”）。根据以上两条曲线，写出其中一条变化规律：a.___。b.___。

(4)常温常压下，向一个2.00L的密闭恒容容器中加入等量2.00mol二氧化碳和氢气，平衡时二甲醚的浓度为0.150mol/L，计算此时二氧化碳的转化率及该反应的平衡常数，要求写出计算过程（计算结果保留3位有效数字）________、_________。

Answer 1

【答案】﹣80kJ/mol ﹣124kJ/mol 2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(l) △H=﹣134.8kJ/mol = 温度越高，二甲醚的选择性越大 低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大；高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小 30.0% 3.06×105

【解析】

(1)反应物总键能减去生成物总键能等于该反应焓变，根据盖斯定律将已知的热化学方程式叠加，可得总反应方程式；

(2)根据盖斯定律将已知的热化学方程式叠加，△H进行相应的改变,可得总反应方程式；

(3)化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变；相同温度下，根据曲线变化趋势与硅铝比分析；不同温度下，硅铝比相同时，比较其选择性关系；

(4)根据物质反应转化关系，计算平衡时各种物质的浓度，带入平衡常数表达式和物质转化率含义式，可得相应的数值。

(1)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=(745×2+436-1076-2×465)kJ/mol=-80kJ/mol；

i .H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ/mol

ii. CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H

将方程式ii-i得CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) △H3=△H-△H4=(-80-44.0)kJ/mol=-124kJ/mol；

(2)①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H1=﹣55.7kJ/mol

②2CH3OH(l)═CH3OCH3(g)+H2O(l)△H2=﹣23.4kJ/mol

将方程式2×①+②得2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(l) △H=2(-55.7kJ/mol)+(-23.4)kJ/mol=-134.8kJ/mol；

(3)化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，A、B两点温度相同，则KA=KB，根据图知有关变化规律，a.温度越高，二甲醚的选择性越大；b.低温时硅铝比对二甲醚的选择性影响不大，高温时随着硅铝比增大，二甲醚的选择性先增大后减小；

(4)起始状态c(H2)=c(CO2)= 2.00mol÷2.00L=1.00mol/L；根据题意可知反应达到平衡时c(CH3OCH3)=0.150mol/L，则根据物质转化关系可知，c(CH3OCH3)=0.450mol/L，c(CO2)=1.00mol/L-2×0.150mol/L=0.700mol/L，c(H2)=1.00mol/L-6×0.150mol/L=0.100mol/L，所以CO2的转化率=×100%=×100%=30.0%；化学平衡常数K==3.06×105。