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(14分)二甲醚(CH3OCH3)和甲醇(CH3OH)被称为21世纪的新型燃料。以CH4和H2O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下:

请填空:
(1)在一定条件下,反应室1中发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H>0。
在其它条件不变的情况下降低温度,逆反应速率将        (填“增大”、“减小”或“不变”)。将1.0molCH4和2.0molH2O通入反应室1(假设容积为10L),1min末有0.1molCO生成,则1min内反应的平均速率v(H2)=         mol·L-1·min-1
(2)在一定条件下,已知反应室2的可逆反应除生成二甲醚外还生成了气态水,其化学方程式为                                                
(3)在压强为0.1MPa条件下,反应室3(容积为2L)中   0.2molCO与0.4molH2在催化剂作用下反应生成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),CO的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示,则:

P1       P2  (填“<”、“>”或“=”)。
②在P1压强下,100℃时,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K的值为         
若温度不变,再加入1.0molCO后重新达到平衡,则CO的转化率          (填“增大”、“不变”或“减小”),CH3OH的体积分数        (填“增大”、“不变”或“减小”)。
③在其它条件不变的情况下,反应室3再增加0.2molCO与0.4molH2,达到新平衡时,CO的转化率    (填“增大”、“不变”或“减小”),c(CH3OH)    0.1mol/L(填“>”、“<”或“ = ”)
(1)减小(1分)  0.03mol·L-1·min-1(2分)
(2)2CO+4H2CH3OCH3+H2O(2分,没写可逆符号扣1分)(3)①<(2分)
②100(2分)、减小(1分)、减小(1分) ③增大(1分)、> (2分)
(1)降低温度,反应速率一定是减小的。根据方程式可知,0.1molCO生成,则同时生成氢气0.3mol,所以氢气的反应速率是                              。
(2)根据反应物和生成物并结合原子守恒可知,反应的方程式为
2CO+4H2CH3OCH3+H2O。
(3)①根据方程式可知,该反应是体积减小的。因此增大压强,平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,所以根据图像可判断,P1小于P2。
②根据图像可知,在P1压强下,100℃时,CO的转化率是0.5,所以平衡时生成甲醇0.1mol,浓度是0.05mol/L。剩余CO和氢气分别是0.1mol和0.2mol,浓度分别是0.05mol/L和0.1mol/L。因此平衡常数是;再加入CO,则平衡向正反应方向移动,但CO的转化率降低;如果此时氢气全部转化,则生成甲醇是0.2mol,剩余CO是1mol,则甲醇的含量是1/6<1/4,即甲醇的含量是降低的。
③在其它条件不变的情况下,反应室3再增加0.2molCO与0.4molH2,则相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,CO的转化率增大,甲醇的浓度大于0.1mol/L。
练习册系列答案
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(15分)氨气是一种重要的化工原料,大量用于制造尿素、纯碱、铵态氮肥以及硝酸,在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料等。请回答下列问题:
(1)氨气是工业制备硝酸的重要原料,已知下列三个热化学方程式:
① N2 (g)+ 3H2 (g)2NH3 (g) △H1
② 4NH3(g) +5O2 (g)= 4NO(g) +6H2O(l)  △H2
③ N2 (g)+ O2 (g)= 2NO (g) △H
能否应用△H1和△H2表示△H
若能用△H1和△H2表示△H,则写出△H=                        ;若不能,说明理由:
                                  
(2)在相同的温度下,容积相等的两个恒容密闭容器(编号分别为a和b)中,一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应:
N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) △H=-92.4 kJ/mol
实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表:
容器编号
起始时各物质物质的量/mol
平衡时反应
N2
H2
NH3
a
1
3
0
23.1
b
2
6
0
未知(用E表示)
下列说法正确的是         (填序号)
①反应a和反应b的氢气转化率相同
②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数
③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E
④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1:1
(3)温度为400℃、压强为30Mpa的情况下,密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应:N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)  △H<0 。
氨气的物质的量[n(NH3)]和氢气的物质的量[n(H2)]随时间变化的关系如下图:

正反应速率最大的点是       (选填a、b、c、d中的一个或几个),氮气的物质的量[n(N2)]相等的两点是       (选填a、b、c、d中的两个);保持其他条件不变,将温度改为600℃,在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线。
(4)工业合成氨用煤制备原料气氢气时,往往排放大量的二氧化碳。实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚(CH3OCH3),一定条件下,在容积固定的密闭设备中发生反应:
2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)  △H<0
两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应,一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表:
容器
c(CO2)
/mol·L1
c(H2)
/mol·L1
c(CH3OCH3)
/mol·L1
c(H2O)
/mol·L1
v (正)和v (逆)比较
容器I
1.0×102
1.0×102
1.0×104
1.0×104
v (正)=v (逆)
容器II
2.0×102
1.0×102
1.0×104
2.0×104
 
容器I中的反应      (选填“是”或“否”)达到平衡状态,该反应在温度为T时的平衡常数K=         。表格内的空格处v(正)与v(逆)的大小关系是               

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