Question

(13分)日常生活、生产中甲烷既是重要的清洁能源也是一种重要的化工原料。

(1)下图是CH₄/H₂O体系放氢焓变示意图：

则CH₄(g)+CO₂(g)=2CO(g)+2H₂(g)   △H=               。

(2)合成气(CO、H₂)是一种用途相当广泛的化工基础原料，常被用来合成很多有机物，如甲醇(CH₃OH)、二甲醚(CH₃OCH3)等。

①在压强为0.1MPa条件下，物质的量之比为1:3的CO、H₂的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  △H＜0。若容器体积不变，改变下列条件新平衡下甲醇体积分数增大的是           (填字母)。

A．升高温度                                   B．将CH₃OH(g)从体系中分离

C．充入N₂使体系总压强增大                    D．再充入1mol CO和3mol H₂

②二甲醚被誉为“21世纪的清洁燃料”。一定条件下利用H₂、CO合成CH₃OCH₃。其反应方程式为：3H₂(g)+3CO(g) CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)，该反应的平衡常数表达式为       。最近研究发现一种新型的催化剂(主要成分是Cu、Mn的合金)对CO和H₂合成二甲醚具有较好的催化效率。根据如图判断，催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为         时最有利于二甲醚的合成。

③以甲醇为原料是合成二甲醚的又一途径：2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)。一定温度下，向2L某容器中充入一定量的CH₃OH，10s到达平衡后测得CH₃OH 0.04mol，CH₃OCH₃ 0.08mol，则用甲醇表示反应在10s内的平均反应速率为             ，相同条件下起始时向该容器中充入CH₃OH 0.15mol、CH₃OCH₃ 0.15mol、和H₂O 0.10mol，则反应将向      方向进行(填“正反应”或“逆反应”)。

Answer

(1)+123.8 kJ/mol

(2)①D；②K=；2.0；③0.008 mol/(L·s)；正反应

【解析】

试题分析：(1)根据图示有①CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H=+206.2kJ/mol

②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+165.0kJ/mol

将②×2-①得：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=2×(+165.0kJ/mol)-(+206.2kJ/mol)=+123.8kJ/mol，故答案为：+123.8kJ/mol；

(2)①A．升高温度，平衡向逆反应方向移动，甲醇体积分数减小，错误；B．将CH3OH(g)从体系中分离出来，平衡正向移动，但甲醇体积分数不变，错误；C．充入N2使体系总压强增大，平衡不一定，甲醇体积分数不变，错误；D．再充入1mol CO和3mol H2，相当于增大压强，平衡正向移动，甲醇体积分数增大，正确；故选D。

②根据3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)，该反应的平衡常数表达式为K=，根据图像可知，催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2时最有利于二甲醚的合成，故答案为：K=；2.0；

③ 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始(mol) a 0 0

反应(mol) 0.04 0.08 0.08

平衡(mol) 0.04 0.08 0.08

v(CH3OCH3)===0.004mol/(L·s)，则v(CH3OH)=2v(CH3OCH3)=0.008mol/(L·s)，Qc==＜K=，反应正向进行，故答案为：0.008mol/(L·s)；正反应。

考点：考查了盖斯定律及其应用、化学平衡的影响因素和计算的相关知识。