Question

7．近几年，利用CO₂合成二甲醚已成为人们所关注的热点．其反应原理如下：
反应①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
反应②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
反应③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l）△H₃
请回答：
（1）CO₂转化为二甲醚的反应原理为：
反应④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H₄=△H₁=-122.541kJ/moL；．
（2）下列不能说明反应③在298K、恒容条件下达化学平衡状态的是ABD．
A、v正（H₂）=v逆（H₂O）
B、n（CO₂）：n（H₂）：n（CO）：n（H₂O）=1：1：1：1
C、混合气体的密度不变
D、混合气体的平均相对分子质量不变
E、容器的压强不变
（3）写出反应②在500K时的平衡常数表达式：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$．
（4）如图表示起始投料量$\frac{{H}_{2}}{C{O}_{2}}$=4时，反应③、④中CO₂的平衡转化率随反应温度的变化关系图，根据图示回答下列问题：

①△H₃＞0（填写“＞”、”＜”、“=”）
②低温（高温或低温）有利于提高反应④二甲醚的产率，请简述理由：较低温度下，反应反应③二氧化碳的转化率较小而反应④较大，所以较低温度对反应④有利，二甲醚的产率较高．
③若起始投料量$\frac{{H}_{2}}{C{O}_{2}}$=4，起始温度为298K，反应④在503K时达到平衡，请在上图画出CO₂转化率随温度升高的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
由盖斯定律可得：①×2+②=④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），据此计算；
（2）根据化学平衡状态特征：正逆反应速率相等，各组分含量保持不变分析；
（3）根据化学平衡常数概念列式；
（4）①根据温度对化学平衡的影响分析；
②反应④的二氧化碳的转化率随温度的升高而降低，低温有利；
③反应④在503K时达到平衡，则在该温度下二氧化碳的转化率最高，据此画出图象．

解答 解：（1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
由盖斯定律可得：①×2+②=④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），△H₁=-122.541kJ/moL；
故答案为：△H₁=-122.541kJ/moL；
（2）反应③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l），
A、v正（H₂）=v逆（H₂O），水为纯液态，不能计算反应速率，不能判断化学平衡状态，故A错误，
B、反应参与量满足：n（CO₂）：n（H₂）：n（CO）：n（H₂O）=1：1：1：1，平衡不具有这一特征，故B错误，
C、混合气体的质量减小、恒容，气体体积不变，所以密度发生改变，密度不变时，反应达到化学平衡状态，故C正确，
D、对于该反应，混合气体的质量减小为水的质量，混合气体的平均相对分子质量不变，不能作为判断依据，故D错误，
E、该反应是气体体积缩小的反应，若容器的压强不变，说明正逆反应速率相等，已经达到平衡状态，故E正确；
故答案为：ABD；
（3）反应②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL500K时的化学平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；
（4）①根据图示，反应③的二氧化碳的转化率随温度的升高而增大，说明温度升高后，平衡正向移动，故正反应为吸热反应；
故答案为：△H＞0；
②较低温度下，反应反应③二氧化碳的转化率较小而反应④较大，所以较低温度对反应④有利，二甲醚的产率较高；
故答案为：低温；较低温度下，反应反应③二氧化碳的转化率较小而反应④较大，所以较低温度对反应④有利，二甲醚的产率较高；
③反应④在503K时达到平衡，则从298K开始，二氧化碳的转化率逐渐增大，当温度达到503K时，二氧化碳的转化率达到最大，当温度大于503K后，二氧化碳的转化率会减小，则CO2转化率随温度升高的变化曲线为：；
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、化学平衡状态的判断、化学图象的分析等知识，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握盖斯定律的内容及其应用方法．