Question

17．在一定条件下，将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应为：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H
已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）△H=-122.5kJ•mol^-1
（2）某温度下，在体积固定为2L的密闭容器中进行反应①，将1mol CO和2mol H₂混合，测得不同时刻的反应前后压强关系如表：

时间（min）	5	10	15	20	25	30
压强比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

则达到平衡时CO的转化率为45%．
（3）已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比[n（H₂）/n（CO₂）]时，CO₂的转化率如图1所示．从图中可得出三条主要规律：
①增大投料比，CO₂的转化率增大；
②升高温度，CO₂的转化率降低；
③温度越低，增大投料比使CO₂的转化率增大的越显著．
（4）反应③的v-t图象如图2所示，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，则其v-t图象如图3所示．
下列说法正确的是D
①a₁＞a₂ ②a₁＜a₂  ③b₁＞b₂  ④b₁＜b₂  ⑤t₁＞t₂  ⑥t₁=t₂ ⑦t₁＜t₂⑧两图中阴影部分面积相等  ⑨右图阴影部分面积更大⑩左图阴影部分面积更大
A．①③⑦⑧B．①③⑤⑧C．②④⑦⑨D．①③⑦⑩
（5）由甲醇液相脱水法也可制二甲醚，首先将甲醇与浓硫酸反应生成硫酸氢甲酯（CH₃OSO₃H）：CH₃OH+H₂SO₄→CH₃OSO₃H+H₂O；生成的硫酸氢甲酯再和甲醇反应生成二甲醚，第二步的反应方程式为：CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄．与CO₂和H₂反应制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是浓H₂SO₄腐蚀设备或有硫酸废液产生．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律通过①×2+②+2×③计算化学反应的焓变即可；
（2）温度、体积不变的可逆反应中，气体的压强之比等于其物质的量之比，据此计算反应后气体体积的物质的量，从而计算CO反应的物质的量，根据CO反应的物质的量计算其转化率，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）根据图象可知，[n（H₂）/n（CO₂）]越大，CO₂的转化率越大，温度越高，CO₂的转化率小，且图中不同温度线的斜率不同，据此答题；
（4）反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol的v-t图象如图2所示，反应前后气体体积不变，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，物质浓度减小，反应速率减小，达到平衡所需时间变长，阴影部分为反应物浓度变化量，图3中浓度变化比图2中浓度变化小；
（5）根据元素守恒可写出化学方程式，根据硫酸的性质分析该工艺的缺点．

解答 解：（1）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，通过①×2+②+2×③可得所求反应方程式，则△H=2△H₁+△H₂-2△H₃=2×（-90.7kJ•mol^-1）-23.5kJ•mol^-1+2×41.2kJ•mol^-1=-122.5kJ•mol^-1，
故答案为：-122.5；
（2）温度、体积不变的可逆反应中，气体的压强之比等于其物质的量之比，15min，压强比（P_后/P_前）=0.80，则反应后气体的物质的量=3mol×0.80=2.40mol，气体减少的物质的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根据气体减少的物质的量与CO之间的关系式知参加反应的CO的物质的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，则CO的转化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案为：45%；
（3）根据图象可知，[n（H₂）/n（CO₂）]越大，CO₂的转化率越大，温度越高，CO₂的转化率小，且图中不同温度线的斜率不同，温度越低，增大投料比使CO₂的转化率增大的越显著，
故答案为：升高温度，CO₂的转化率降低；温度越低，增大投料比使CO₂的转化率增大的越显著；
（4）反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2KJ/mol的v-t图象如图2所示，反应前后气体体积不变，若其他条件不变，只是在反应前增大容器体积使压强减小，物质浓度减小，反应速率减小，达到平衡所需时间变长，阴影部分为反应物浓度变化量，图3中浓度变化比图2中浓度变化小，则分析选项得到：a₁＞a₂，b₁＞b₂，t₁＜t₂，两图中阴影部分面积图3阴影部分面积更小，左图阴影部分面积更大，选择①③⑦⑩，故选D，
故答案为：D；
（5）根据元素守恒可知硫酸氢甲酯再和甲醇反应生成二甲醚的化学方程式为CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄，该反应有硫酸参加，因为硫酸是强酸，具有较强的腐蚀性，能腐蚀设备，所以根据硫酸的性质可知该工艺的缺点是浓H₂SO₄腐蚀设备或有硫酸废液产生，
故答案为：CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄；浓H₂SO₄腐蚀设备或有硫酸废液产生．

点评 本题考考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，转化率的计算，影响平衡的因素分析判断，题目涉及的知识点较多，综合性较强，题目难度中等．