Question

研究CO、CO₂的回收利用既可变废为宝，又可减少碳的排放。回答下列问题：

（1）二甲醚（CH₃OCH₃）被誉为“21世纪的清洁燃料”，由CO和H₂制备二甲醚的反应原理如下：

CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)            ΔH＝-90.1kJ/mol

2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)     ΔH＝-24.5kJ/mol

已知：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)    ΔH＝-41.0kJ/mol

则2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)的ΔH=__，有利于提高该反应中CO₂平衡转化率的条件是__（填字母）。

A．高温低压      B．高温高压     C．低温低压     D．低温高压

（2）T₁K时，将1mol二甲醚引入一个的150L恒容密闭容器中，发生分解反应：CH₃OCH₃(g)CH₄(g)＋H₂(g)＋CO(g)，在不同时间测定容器内的总压，所得数据见下表：

反应时间t/min	0	6.5	13.0	26.5	52.6	∞
气体总压p总/kPa	50.0	55.0	65.0	83.2	103.8	125.0

①由表中数据计算：0~6.5min内的平均反应速率v(CH₃OCH₃)=___，反应达平衡时，二甲醚的分解率为__。

②若要缩短该反应达到平衡的时间，可采取的措施有__、___。

（3）在T₂K、1.0×10⁴kPa下，等物质的量的CO与CH₄混合气体发生如下反应：CO(g)＋CH₄(g)CH₃CHO(g)，反应速率v＝v_正−v_逆＝k_正p(CO)·p(CH₄)－k_逆p(CH₃CHO)，k_正、k_逆分别为正、逆向反应速率常数，p为气体的分压（气体分压p=气体总压p_总×体积分数）。用气体分压表示的平衡常数K_p＝4.5×10^-5(kPa)^-1，则CO转化率为20%时=___。

Answer

-122.7kJ/mol D 5.13×10-5mol/(L·min) 75% 增大压强、升高温度 改进催化剂、增大反应物浓度 4：5（或0.8）

【解析】

(1)①CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H=-90.1 kJ/mol

②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-24.5 kJ/mol
③CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H=-41.0 kJ/mol
由盖斯定律2×①+②-2×③可得2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) 的△H=2×(-90.1 kJ/mol)+(-24.5 kJ/mol)-2×(-41.0 kJ/mol)=-122.7 kJ/mol；反应2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) 的△H=-122.7 kJ/mol，即反应正向是体积减小的放热反应，增大压强、降低温度、增大c(H2)、分离CH3OCH3等均可提高CO2平衡转化率，所以选D；
故答案为：-122.7 kJ/mol； D；

(2)恒容密闭容器中压强比等于气体的物质的量之比，所以反应6.5 min后容器内气体的总物质的量为=1.1mol，设反应过程中转化的二甲醚物质的量为xmol，则6.5 min后剩余的二甲醚物质的量为(1-x)mol，根据反应方程式可知n(CH4)= n(H2)=n(CO)=xmol，所以有1-x+3x=1.1mol，解得x=0.05mol，所以0～6.5 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=；反应平衡时容器内总压强为125kPa，所以气体总物质的量为，则1-x+3x=2.5mol，解得x=0.75mol，二甲醚的分解率为=75%，故答案为：5.13×10-5mol/(L·min)；75%；

②缩短达到平衡的时间，即加快反应速率，加快反应速率的方法有：改进催化剂，增大反应物浓度、增大压强、升高温度等等，故答案为：增大压强、升高温度；改进催化剂、增大反应物浓度；

(3)当反应达到平衡时v正=v逆，则=Kp= 4.5×10-5 (kPa)-1；T2 K、1.0×104 kPa时，设起始时n(CH4)=n(CO)=1mol，则

所以p(CH4)=p(CO)=，p(CH3CHO)=，所以v正═k正p(CO)•p(CH4)=k正××，v逆=k逆p(CH3CHO)=k逆×，=4.5×10-5 (kPa)-1×，故答案为：4：5(或0.8)