Question

【题目】（本题满分18分）二甲醚（CH3OCH3）是一种应用前景广阔的清洁燃料，以CO和H2为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应：

编号	热化学方程式	化学平衡常数
①	CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H1	K1
②	2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=﹣24kJmol﹣1	K2
③	CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H3=﹣41kJmol﹣1	K3

回答下列问题：

（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

化学键	H﹣H	C﹣O	C=O	H﹣O	C﹣H
E/（kJ．mol﹣1）	436	343	1076	45	413

由上述数据计算△H1= ；

（2）该工艺的总反应为3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）△H，该反应△H= ，化学平衡常数K= （用含K1、K2、K3的代数式表示）；

（3）下列措施中，能提高CH3OCH3产率的有 ；

A．分离出二甲醚 B．升高温度

C．改用高效催化剂 D．增大压强

（4）工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行，无反应③发生．该工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率，原因是 ；

（5）以n（H2）/n（CO）=2 通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）△H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示．下列说法正确的是 ；

A．该反应的△H＞0

B．若在p2和316℃时反应达到平衡，则CO的转化率小于50%

C．若在p3和316℃时反应达到平衡，H2的转化率等于50%

D．若在p3和316℃时，起始时n（H2）/n（CO）=3，则达平衡时CO的转化率大于50%

E．若在p1和200℃时，反应达平衡后保持温度和压强不变，再充入2mol H2和1mol CO，则平衡时二甲醚的体积分数增大

（6）某温度下，将8.0mol H2和4.0mol CO充入容积为2L的密闭容器中，发生反应：4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），反应达平衡后测得二甲醚的体积分数为25%，则该温度下反应的平衡常数K= ．

Answer 1

【答案】（1）﹣99 kJmol﹣1 （2）﹣263 kJmol﹣1；K=K12K2K3 （3）AD；

（4）反应③消耗了反应②中的产物H2O，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高CH3OCH3的产率； （5）CD （6）2.25

【解析】

试题分析：（1）由△H等于反应物的键能减去生成物的键能，可求得反应①的△H1=1076+2×436-343-465-3×413=-99 kJmol-1；

（2）由盖斯定律可得，总反应3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）为方程式①×2+②+③相加所得，故△H=2△H1+△H2+△H3=2×（-99）-24-41=-263 kJmol-1；总反应的平衡常数等于分反应的平衡常数之积，则K=K12K2K3；

（3）由勒夏特列原理，对于3CO（g）+3H2（g） CH3OCH3（g）+CO2（g）为了提高CH3OCH3产率，反应需要向正反应方向移动，因此通过减小气体体积、降温、减少产物的量可以实现，而催化剂对化学平衡的移动没有影响，由此可知A、D正确；

（4）反应②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），反应③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），由此可知，反应③消耗反应②中的水，根据勒夏特列原理可知，可提高CH3OCH3的产率；

（5）由图象可知，反应温度升高，CO的转化率降低，说明该正反应方向为放热反应，△H＜0，A错误；找出p2，316℃坐标点，可知CO的转化率大于50%，B错误；由图可知，p3，316℃时，CO的转化率为50%，而此时H2和CO的物质的量之比等于系数比，即两者的转化率相等，所以H2的转化率也为50%，C正确；若增大H2和CO的物质的量之比，则平衡正向移动，CO的转化率也同时升高，D正确；根据等效平衡的原理，保持温度和压强不变，充入与起始时等比值的氢气和CO，两种平衡等效，二甲醚的体积分数不变，E错误；故答案为CD；

（6）设平衡时CH3OCH3的物质的量为xmol，由4H2（g）+2CO（g）CH3OCH3（g）+H2O（g），平衡时各物质的浓度分别为：[H2]=4-2x，[CO]=2-x，[CH3OCH3]=x/2，[H2O]=x/2；二甲醚的体积分数为25%，也即，解得x=3/2；所以平衡时各物质的浓度分别为：[H2]=1，[CO]=0.5，[CH3OCH3]=0.75，[H2O]=0.75，所以平衡常数K==2.25。