题目内容

【题目】二甲醚()是一种清洁能源，可由合成气(、)来制备，反应原理如下：

反应Ⅰ：

反应Ⅱ：

回答下列问题：

(1)上述反应符合“原子经济性”原则的是__________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。

(2)图中使曲线对应反应按曲线进行的措施是__________，由合成气(、)制备的热化学方程式为__________,该反应自发进行的条件为_________(填“低温”或“高温”)。

(3)模拟该制备原理，起始时在某容器中充入和合成，平衡时混合物中氢气的体积分数与温度、压强的关系如图所示：

①下列有关说法能够证明恒温恒压时，反应 一定达到平衡状态的是__________(填序号)。

.和的转化率相等

.反应体系中混合气体密度保持不变

.的值保持不变

.反应体系压强保持不变

②图中________(填“>”“<”或“=”)；理由是____________。

③在、两点对应的条件下，该反应从开始到平衡时生成二甲醚的平均速率：_____。

④点对应的_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

【答案】反应I 加催化剂 低温 ＞ 该反应是放热反应，升高温度平衡逆移，的体积分数增大，故 ＜

【解析】

(1)绿色化学原子经济性就是要求原料物质中的所有原子完全被利用，全部转入期望的产物中，原子利用率100%，对应的反应类型为化合反应、加成反应等；

(2)图中使曲线对应反应按曲线，反应的活化能降低；根据G=H-TS＜0时反应能自发进行分析；

(3) a．恒温恒压时，反应2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)的起始投料为2mol和4mol，而反应中消耗的和的物质的量之比为1:2；

b．混合气体密度ρ=，因反应前后都是气体，遵循质量守恒，反应条件是恒温恒压，根据反应前后气体体积变化分析；

c．反应中氢气的浓度和甲醚的浓度都在不断变化，当的值保持不变时，反应达到平衡状态；

d．恒压条件下，反应体系压强始终保持不变；

②结合图像根据温度对反应平衡移动的影响分析；

③结合图像，根据压强对平衡移动的影响分析判断；

④已知起始时在容器中充入和合成，设达到平衡时CO转化了2xmol，列“三段式”：

根据B点的氢气体积分数为40%，则×100%=40%，则x=，结合平衡时压强与物质的量关系计算平衡常数。

(1)反应Ⅰ是化合反应，原子利用率为100%，符合“原子经济性”原则；

(2)图中使曲线对应反应按曲线，反应的活化能降低，加入催化剂可以达到此效果；由图可知，反应Ⅰ的H1=-(510-419)kJ/mol=-91kJ/mol，则由合成气制备甲醇的热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H1=-91kJ/mol；反应Ⅰ是放热反应，，又，根据G=H-TS＜0时反应能自发进行，故该反应自发进行的条件为低温；

(3) a．恒温恒压时，反应2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)的起始投料为2mol和4mol，而反应中消耗的和的物质的量之比为1:2，故反应过程中和的转化率始终相等，不能判断反应达到平衡状态，故a错误；

b．混合气体密度ρ=，因反应前后都是气体，质量守恒，又由于反应条件是恒温恒压，随着反应进行，反应体系的体积在不断变化，故当体系中混合气体的密度保持不变时，反应达到平衡状态，故b正确；

c．反应中氢气的浓度和甲醚的浓度都在不断变化，当的值保持不变时，反应达到平衡状态，故c正确；

d．恒压条件下，反应体系压强始终保持不变，不能作为判断反应是否达到平衡状态的依据，故d错误；

答案选bc；

②由图可知，压强为p1kPa时，在T1温度下平衡时氢气的体积分数大于在T2温度下平衡时氢气的体积分数，结合反应的H＜0，该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，的体积分数增大，可推知T1＞T2；

③在、两点对应的反应条件不同，B点温度高，压强大，化学反应速率快，故反应从开始到平衡时生成二甲醚的平均反应速率＜；

④已知起始时在容器中充入和合成，设达到平衡时CO转化了2xmol，列“三段式”：

由图所示，B点的氢气体积分数为40%，则×100%=40%，则x=，则平衡时CO的物质的量为2-2×=mol，H2的物质的量为4-4×=mol，CH3OCH3的物质的量为mol，H2O的物质的量为mol，平衡时体系的总物质的量为mol+mol+mol+mol=mol，则点对应的Kp==。

练习册系列答案
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