Question

【題目】新的研究表明二甲醚（DME）是符合中國能源結構特點的優良車用替代燃料．二甲醚催化重整制氫氣的反應過程，主要包括以下幾個反應（以下數據為200℃、1.01×105Pa測定）： ①CH3OCH3（g）+H2O（g）═2CH3OH（g）△H=+a kJmol﹣1
②CH3OH（g）+H2O（g）═CO2（g）+3H2（g）△H=+b kJmol﹣1
③CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=﹣c kJmol﹣1
④CH3OH（g）═CO（g）+2H2（g）△H=+d kJmol﹣1
請回答下列問題．
（1）寫出用二甲醚制H2同時全部轉化為CO2時反應的熱化學方程式 ．
（2）寫出反應③的平衡常數表達式K= ． 若溫度升高，此反應的K值將（增大、減小或不變）．
（3）在200℃恒容的密閉容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作為該反應達到平衡狀態的判斷依據為 ． A．容器內氣體密度保持不變 B．氣體的平均相對分子質量保持不變
C．CO的體積分數保持不變 D．CO與H2的物質的量之比保持1：2不變
（4）工業生產中測得不同溫度下各組分體積分數及二甲醚轉化率的關系分別如圖1、圖2所示．
①你認為工業生產中控制的最佳溫度為 ．
A.250～300℃B.300～350℃C.350～400℃D.400～450℃
②在溫度達到400℃以后，二甲醚與CO2以幾乎相同的變化趨勢降低，而CO、H2的體積分數也以幾乎相同的變化趨勢升高，用化學方程式表示可能的原因 ．
（5）某一體積固定的密閉容器中進行反應②，200℃時達平衡．下述條件改變時，請在圖3中補充畫出CO2的百分含量隨時間變化的圖像：t1時刻升溫，在t1與t2之間某時刻達到平衡；t2時刻添加催化劑．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OCH3（g）+3H2O（g）?2CO2（g）+6H2（g），△H=+（a+2b）kJ/mol
（2）；減小
（3）B、C
（4）D；CH3OCH3+CO2?3H2+3CO
（5）
【解析】解：（1）已知：①CH3OCH3（g）+H2O（g）2CH3OH（g）△H=+akJ/mol ②CH3OH（l）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H=+bkJ/mol
據蓋斯定律，①+②×2得：CH3OCH3（g）+3H2O（g）2CO2（g）+6H2（g），△H=+（a+2b）kJ/mol，
所以答案是：CH3OCH3（g）+3H2O（g）2CO2（g）+6H2（g），△H=+（a+2b）kJ/mol；（2）反應③CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）的平衡常數表達式K= ，正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，
所以答案是： ；減小；（3）A．均為氣體，混合氣體總質量不變，容器容積不變，容器內氣體的密度始終不變，故A錯誤；
B．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體物質的量增大，平均相對分子質量減小，所以平均相對分子質量保持不變時，說明達到了化學平衡狀態，故B正確；
C．CO的體積分數不變，說明反應到達平衡，故C正確；
D．CO與氫氣的物質的量之比始終是1：2，不能證明達到了化學平衡狀態，故D錯誤．
故選：BC；（4）①由圖可知在400﹣450℃時，二甲醚的濃度最小，轉化率最大，氫氣的體積分數最大，故選：C；
②溫度超過400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說明二甲醚與二氧化碳以1：1反應，生成CO與氫氣的比例相同，則反應的方程式為：CH3OCH3+CO23H2+3CO，
所以答案是：CH3OCH3+CO23H2+3CO；（5）t1時升高溫度，平衡向正反應方向移動，CO2的百分含量增加，圖像為： ，
所以答案是： ．
【考點精析】認真審題，首先需要了解化學平衡狀態本質及特征(化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）)．