Question

【題目】二甲醚是重要的有機中間體，利用二氧化碳加氫合成二甲醚能變廢為寶，且可替代汽油作為新型清潔燃料。常溫常壓下，二氧化碳加氫可選擇性生成二甲醚或一氧化碳：

①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H1=﹣55.7kJ/mol

②2CH3OH(l)═CH3OCH3(g)+H2O(l)△H2=﹣23.4kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(l) △H3

④H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ/mol

(1)已知反應CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)△H，中相關的化學鍵鍵能數據如下：

由此計算△H=______，則△H3=_______。

(2)CO2(g)加氫轉化為CH3OCH3(g)和H2O(l)的熱化學方程式是___。

(3)合成二甲醚往往選用硅鋁混合物作催化劑，硅鋁比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物質的量分數不同。硅鋁比與產物選擇性如圖所示，圖中A點和B點的平衡常數比較：KA___KB（填“>、=、<”）。根據以上兩條曲線，寫出其中一條變化規律：a.___。b.___。

(4)常溫常壓下，向一個2.00L的密閉恒容容器中加入等量2.00mol二氧化碳和氫氣，平衡時二甲醚的濃度為0.150mol/L，計算此時二氧化碳的轉化率及該反應的平衡常數，要求寫出計算過程（計算結果保留3位有效數字）________、_________。

Answer 1

【答案】﹣80kJ/mol ﹣124kJ/mol 2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(l) △H=﹣134.8kJ/mol = 溫度越高，二甲醚的選擇性越大 低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大；高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減小 30.0% 3.06×105

【解析】

(1)反應物總鍵能減去生成物總鍵能等于該反應焓變，根據蓋斯定律將已知的熱化學方程式疊加，可得總反應方程式；

(2)根據蓋斯定律將已知的熱化學方程式疊加，△H進行相應的改變,可得總反應方程式；

(3)化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變化學平衡常數不變；相同溫度下，根據曲線變化趨勢與硅鋁比分析；不同溫度下，硅鋁比相同時，比較其選擇性關系；

(4)根據物質反應轉化關系，計算平衡時各種物質的濃度，帶入平衡常數表達式和物質轉化率含義式，可得相應的數值。

(1)CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=(745×2+436-1076-2×465)kJ/mol=-80kJ/mol；

i .H2O(l)=H2O(g) △H4=+44.0kJ/mol

ii. CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H

將方程式ii-i得CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l) △H3=△H-△H4=(-80-44.0)kJ/mol=-124kJ/mol；

(2)①CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H1=﹣55.7kJ/mol

②2CH3OH(l)═CH3OCH3(g)+H2O(l)△H2=﹣23.4kJ/mol

將方程式2×①+②得2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(l) △H=2(-55.7kJ/mol)+(-23.4)kJ/mol=-134.8kJ/mol；

(3)化學平衡常數只與溫度有關，溫度不變化學平衡常數不變，A、B兩點溫度相同，則KA=KB，根據圖知有關變化規律，a.溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b.低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減小；

(4)起始狀態c(H2)=c(CO2)= 2.00mol÷2.00L=1.00mol/L；根據題意可知反應達到平衡時c(CH3OCH3)=0.150mol/L，則根據物質轉化關系可知，c(CH3OCH3)=0.450mol/L，c(CO2)=1.00mol/L-2×0.150mol/L=0.700mol/L，c(H2)=1.00mol/L-6×0.150mol/L=0.100mol/L，所以CO2的轉化率=×100%=×100%=30.0%；化學平衡常數K==3.06×105。