Question

【題目】CH3OCH3（二甲醚）常用作有機合成的原料，也用作溶劑和麻醉劑。CO2與H2合成CH3OCH3涉及的相關熱化學方程式如下：

Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.1kJ·mol-1

Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-24.5kJ·mol-1

Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2(g) ΔH3

Ⅳ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH4

回答下列問題：

⑴ΔH4=__kJ·mol-1。

⑵體系自由能變ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0時反應能自發進行。反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的自由能變與溫度的關系如圖a所示，在298~998K下均能自發進行的反應為__（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

⑶在三個完全相同的恒容密閉容器中，起始時均通入3molH2和1molCO2，分別只發生反應Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ時，CO2的平衡轉化率與溫度的關系如圖b所示。

①ΔH3__0（填“>”或“<”）。

②反應Ⅳ，若A點總壓強為pMPa，則A點時CO2的分壓為p(CO2)__pMPa（精確到0.01）。

③在B點對應溫度下， K（Ⅰ）__（填“大于”“小于”或“等于”）K（Ⅲ）。

⑷向一體積為1L的密閉容器中通入H2和CO2，只發生反應Ⅳ。CO2的平衡轉化率與壓強、溫度及氫碳比m[m=]的關系分別如圖c和圖d所示。

①圖c中壓強從大到小的順序為__，圖d中氫碳比m從大到小的順序為__。

②若在1L恒容密閉容器中充入0.2molCO2和0.6molH2，CO2的平衡轉化率為50%，則在此溫度下該反應的平衡常數K=__（保留整數）。

Answer 1

【答案】－122.54 Ⅱ > 0.21 小于 p1>p2>p3 m1>m2>m3 23

【解析】

⑴第Ⅰ個方程式的2倍加上第Ⅱ個方程式。

⑵根據圖中信息得到298~998K下只有Ⅱ的ΔG＜0。

⑶①升高溫度，CO2的平衡轉化率增大，說明平衡正向移動，正向是吸熱反應；②三段式式建立關系，根據公式求出壓強；③根據平衡常數分析產物與反應物的關系。

⑷①利用轉化率分析壓強，利用一個量不變，另一個量變化來分析。

②建立三段式建立再求平衡常數。

⑴將第Ⅰ個方程式的2倍加上第Ⅱ個方程式得到ΔH4=－122.54 kJ·mol1；故答案為：－122.54。

⑵體系自由能變ΔG=ΔH－TΔS，ΔG＜0時反應能自發進行，在298~998K下只有Ⅱ的ΔG＜0，因此均能自發進行的反應為Ⅱ；故答案為：Ⅱ。

⑶①升高溫度，CO2的平衡轉化率增大，說明平衡正向移動，正向是吸熱反應，即ΔH3＞0；故答案為：＞。

②，反應Ⅳ，若A點總壓強為pMPa，則A點時CO2的分壓為；故答案為：0.21。

③在B點對應溫度下，根據Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)和Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2(g)的反應，CO2轉化率相等，產物的量相等，但Ⅰ中氫氣平衡時量較少，但是大于1的值，由于是濃度三次方，因此平衡常數小，平衡常數K(Ⅰ)小于K(Ⅲ)；故答案為：小于。

⑷①該反應是體積減小的反應，圖c中定溫度，從下到上看，轉化率增大，說明平衡正向移動，向體積減小方向移動即加壓，壓強從大到小的順序為p1＞p2＞p3，圖d中可以理解為二氧化碳物質的量不變，氫氣量不斷增加，平衡正向移動，二氧化碳轉化率不斷增大，因此氫碳比m從大到小的順序為m1＞m2＞m3；故答案為：m1＞m2＞m3。

②若在1L恒容密閉容器中充入0.2molCO2和0.6molH2，CO2的平衡轉化率為50%，，則在此溫度下該反應的平衡常數；故答案為：23。