题目内容

【题目】乙醇是一种优质的液体燃料,二甲醚与合成气制乙醇是目前合成乙醇的一种新途径,总反应为:CH3OCH3(g)+CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)+C2H5OH(g).向反应系统中同时通入二甲醚、一氧化碳和氢气,先生成中间产物乙酸甲酯后,继而生成乙醇.发生的主要化学反应有:

反应过程

化学方程式

不同温度下的K

273.15K

1000K

二甲醚羰基化反应

CH3OCH3(g)+CO(g)CH3COOCH3(g)

1016.25

101.58

乙酸甲酯加氢反应

CH3COOCH3(g)+2H2(g)CH3OH(g)+C2H5OH(g)

103.97

10﹣0.35

回答下列问题:
(1)二甲醚碳基化反应的△H0 (填“>”“<”“=”).
(2)若反应在恒温恒容下进行,下列可说明反应已经达到平衡状态的是
A.2v(CH3COOCH3)=v(H2
B.密闭容器中总压强不变
C.密闭容器中混合气体的密度保持不变
D.密闭容器中C2H5OH的体积分数保持不变
(3)总反应CH3OCH3(g)+CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)+C2H5OH(g)的平衡常数表达式K= , 随温度的升高,总反应的K将(填“增大”、“不变”或“减小”).
(4)在压强为1Mpa条件下,温度对二甲醚和乙酸甲酯平衡转化率影响如图1所示,温度对平衡体系中乙酸甲酯的含量和乙醇含量的影响如图2所示.观察图2可知乙酸甲酯含量在 300K~600K范围内发生变化是 , 简要解释产生这种变化的原因
(5)将CH3OCH3(g)和CO(g)按物质的量之比1:1充入密闭容器中发生碳基化反应,在T K时,反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下:

时间(min)
浓度(molL﹣1)

0

10

20

30

40

50

CH3OCH3(g)

2.00

1.80

1.70

1.00

0.50

0.50

CO(g)

2.00

1.80

1.70

1.00

0.50

0.50

CH3COOCH3(g)

0

0.20

0.30

1.00

1.50

1.50

①20min时,只改变了某一条件,根据上表中的数据判断改变的条件可能是(填字母).
A.通入一定量的CO B.移出一定量的CH3OCH3C.加入合适的催化剂
②在图3中画出TK,CH3COOCH3(g)的体积分数随反应时间的变化曲线

【答案】
(1)<
(2)BD
(3);减小
(4)随温度升高而增大;该温度范围,反应Ⅰ转化率都很大,反应Ⅱ的转化率随温度升高而减小,所以乙酸甲酯的含量升高
(5)C;
【解析】解:(1)根据表中数据可知,温度从273.15K升高到1000K,反应CH3OCH3(g)+CO(g)CH3COOCH3(g)的平衡常数从1016.25变为101.58 , 升高温度平衡常数减小,则升高温度平衡向着逆向移动,说明逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,所以该反应的焓变△H<0,所以答案是:<;(2)CH3OCH3(g)+CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)+C2H5OH(g),反应为气体体积减小的放热反应,
A.速率之比等于化学方程式计量数之比,2v(CH3COOCH3)=v(H2)为正反应速率之比,不能证明反应达到平衡状态,故A错误;
B.反应前后气体体积减小的放热反应,密闭容器中总压强不变说明物质的物质的量不变,说明反应达到平衡状态,故B正确;
C.气体质量和体积不变,密闭容器中混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态,故C错误;
D.密闭容器中C2H5OH的体积分数保持不变说明反应达到平衡,故D正确;
所以答案是:BD;(3)CH3OCH3(g)+CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)+C2H5OH(g)的平衡常数表达式K= ,反应为放热反应,随温度的升高,平衡逆向进行,总反应的K减小,
所以答案是: ;减小;(4)观察图2可知乙酸甲酯含量在 300K~600K范围内发生变化是随温度升高而增大,该温度范围,反应Ⅰ转化率都很大,反应Ⅱ的转化率随温度升高而减小,所以乙酸甲酯的含量升高,
所以答案是:随温度升高而增大;该温度范围,反应Ⅰ转化率都很大,反应Ⅱ的转化率随温度升高而减小,所以乙酸甲酯的含量升高;(5)①CH3OCH3(g)+CO(g)CH3COOCH3(g)△H<0,20min时到30min,CH3OCH3(g)和CO(g)物质的量难度减小0.7mol/L,生成的CH3COOCH3(g)物质的量难度增加0.7mool/L,和10min﹣20min内反应的变化可知,转化率与20min时到30min的转化率相同,反应速率增加,反应比例关系符合化学方程式计量数之比,反应物的转化率未变,说明是加入了催化剂,
A.通入一定量的CO 会提高 CH3OCH3(g)的转化率,CO转化率减小,不符合表中数据变化,故A错误;
B.移出一定量的CH3OCH3 会提高,故B错误;
C.加入合适的催化剂会提高反应速率,不改变反应物的转化率,故C正确;
所以答案是:C;
②图表中数据可知,20min后反应速率增大,是加入了催化剂,图象中变化快,40min反应达到平衡状态,此时乙酸甲酯体积含量= ×100%=60%,40min后含量不再发生变化,画出的图象为:
所以答案是:
【考点精析】通过灵活运用反应热和焓变和化学平衡状态的判断,掌握在化学反应中放出或吸收的热量,通常叫反应热;状态判断:①v(B)=v(B)②v(C):v(D)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不变④若A、B、C、D为气体,且m+n≠x+y,压强恒定⑤体系颜色不变⑥单位时间内某物质内化学键的断裂量等于形成量⑦体系平均式量恒定(m+n ≠ x+y)等即可以解答此题.

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