Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上以CO和H₂为原料生产二甲醚CH₃OCH₃的新工艺主要发生三个反应：

① CO（g） + 2H₂（g） CH₃OH（g）   △H₁＝－Q₁ kJ·mol^－1  

② 2CH₃OH（g） CH₃OCH₃（g）+ H₂O（g） △H₂＝－Q₂ kJ·mol^－1     

③ CO（g）+ H₂O（g） CO₂（g） + H₂（g） △H₃＝－Q₃ kJ·mol^－1     

回答下列问题：

（1）新工艺的总反应3H₂（g）+ 3CO（g）CH₃OCH₃（g）+ CO₂（g）的热化学方程式为_________。

（2）工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇:CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH (g) △H

下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(Κ)。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

① 由表中数据判断ΔH       0 (填“ ＞”、“=”或“＜”)。能够说明某温度下该反应是平衡状态的是

A.体系的压强不变          

B.密度不变     

C.混合气体的相对分子质量不变     

D.c(CO)=c(CH₃OH)

② 某温度下，将 2mol CO和 6mol H₂ 充入2L的密闭容器中，充分反应 10min后，达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L，计算此温度下的平衡常数K=           。

（3）工业生产是把水煤气中的混合气体经过处理后获得的较纯H₂用于合成氨。合成氨反应原理为：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)  ΔH＝-92.4kJ•mol^-1。实验室模拟化工生产，在恒容密闭容器中冲入一定量N₂和H₂后，分别在不同实验条件下反应，N₂浓度随时间变化如下图。

请回答下列问题：

①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为                。

②在实验Ⅲ中改变条件为采用比实验Ⅰ更高的温度，请在下图中画出实验I和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图。

Answer

（1）3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2 (g) △H＝－(2Q1+Q2+Q3) kJ/mol （3分）

（2） ①ΔH＜0 （2分） A、C （3分）②Κ=2.04 （3分）

（3）①使用催化剂（2分）。

② （3分）

【解析】

试题分析：（1） ①×2+②+③，整理可得：3H2（g）+ 3CO（g）CH3OCH3（g）+ CO2（g）△H＝－(2Q1+Q2+Q3) kJ/mol；（2） ①升高温度，化学平衡常数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，逆反应方向是吸热反应，所以该反应的正反应是放热反应，所以ΔH＜0；A. 由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，若未达到平衡，则体系的压强就会发生改变，所以体系的压强不变，则反应达到平衡状态，正确；B. 密度不变由于反应混合物都是气体，所以在任何时刻物质的密度都不发生变化，因此不能作为判断平衡的标志，错误；C. 由于该反应是反应前后气体体积不等的反应，若未达到平衡，则体系的气体的物质的量就会发生变化，气体的相对分子质量就会改变，若气体的相对分子质量不变，则反应达到平衡状态，正确；D. c(CO)=c(CH3OH)时反映可能处于平衡状态，也可能未达到平衡，因此不能作为判断平衡的标志，错误；②某温度下，在反应开始是c(CO)=1.0mol/L，c(H2)=3.0mol/L，将 2mol CO和 6mol H2，充分反应 10min后，达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L，则平衡时c(H2)=1.4mol/L，c(CH3OH)=0.8mol/L，则此温度下的平衡常数K=；（3） ① 根据图像可知：与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ反应速率大大加快，达到平衡所需要的时间缩短，但是N2平衡浓度没有改变，因此平衡未发生移动，则改变的条件为加入催化剂；② 在实验Ⅲ中改变条件为采用比实验Ⅰ更高的温度，由于升高温度化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，但是由于该反应是放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，因此达到平衡时NH3的含量降低，用图像表示实验I和实验Ⅲ中NH3浓度随时间变化的示意图是

。

考点：考查热化学方程式的书写、反应热效应的判断、平衡状态的判断、催化剂、温度对平衡移动的影响的图像法表示、化学平衡常数的计算的知识。