题目内容

13.用氢气和一氧化碳克制备洁净能源二甲醚(CH3OCH3),工业制备二甲醚时在催化反应室(压强为2.0~10.0MPa,温度为230~280℃)中进行下列反应:
Ⅰ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=akJ•mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol-1
①催化反应室中总反应的热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=(2a+b)KJ/mol.
②已知b<0,有利于提高反应Ⅱ中CH3OH转化率的措施是降低温度、分离二甲醚(写出两条即可).
③有两个体积均为2L的恒容密闭容器甲和乙,向甲中加入1molCO和2molH2,向乙中加入2molCO和4molH2,均只发生反应Ⅰ,测得不同温度下CO的平衡转化率如图所示.请在图示的“□”中填写“甲”或“乙”;a<(填“>”或“<”)0;L点的化学平衡常数K(L)=9.375,K(L)>(填“>”“=”或“<”)K(M)

分析 Ⅰ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=akJ•mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol-1
①依据盖斯定律计算Ⅰ+Ⅱ得到催化反应室中总反应的热化学方程式;
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol-1,b<0,说明反应是放热反应,有利于提高反应Ⅱ中CH3OH转化率的措施是改变条件平衡正向进行;
③图象分析可知,CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),反应中CO转化率随温度升高减小,说明升温平衡逆向进行,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,△H<0,向甲中加入1molCO和2molH2,向乙中加入2molCO和4molH2,密闭溶液中乙相当于增大压强平衡正向进行,一氧化碳转化率增大,M点的曲线为乙,L点的曲线为甲,依据化学平衡三行计算列式计算L点平衡浓度,计算平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$;LM点温度不同平衡常数不同,反应是放热反应温度越高平衡常数越小.

解答 解:Ⅰ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=akJ•mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol-1
①依据盖斯定律计算Ⅰ×2+Ⅱ得到催化反应室中总反应的热化学方程式为:2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=(2a+b)KJ/mol,
故答案为:2CO(g)+4H2(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=(2a+b)KJ/mol;
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=bkJ•mol-1,b<0,说明反应是气体体积不变的放热反应,有利于提高反应Ⅱ中CH3OH转化率的措施是改变条件平衡正向进行,可以降低温度、分离二甲醚等,
故答案为:降低温度、分离二甲醚;
③图象分析可知,CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),反应中CO转化率随温度升高减小,说明升温平衡逆向进行,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,△H<0,a<0,向甲中加入1molCO和2molH2,向乙中加入2molCO和4molH2,密闭溶液中乙相当于增大压强平衡正向进行,一氧化碳转化率增大,M点的曲线为乙,L点的曲线为甲,
依据化学平衡三行计算列式计算L点平衡浓度,一氧化碳转化率为0.6
                CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始量(mol/L)  0.5      1         0
变化量(mol/L)  0.3     0.6        0.3
平衡量(mol/L) 0.2      0.4         0.3
计算平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO){c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.3}{0.2×0.{4}^{2}}$=9.375;
LM点温度不同平衡常数不同,反应是放热反应温度越高平衡常数越小,M点温度高则K(L)>K(M),
故答案为:;<;9.375;>.

点评 本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律应用、影响化学平衡的因素、平衡常数计算、图象分析判断等知识点,题目难度中等.

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