Question

氢气既是一种清洁能源，又是一种化工原料，在国民经济中发挥着重要的作用。

（1）氢气是制备二甲醚的原料之一，可通过以下途径制取：

Ⅰ.2CO₂（g）+6H₂（g）⇌CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）   △H

Ⅱ.2CO（g）+4H₂（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）   △H

已知：①CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）   △H₁=akJ•mol^-1

②CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）   △H₂=bkJ•mol^-1

③CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）⇌2CH₃OH（g）  △H₃=ckJ•mol^-1

则反应Ⅱ的△H____kJ•mol^-1

（2）氢气也可以和CO₂在催化剂（如Cu/ZnO）作用下直接生成CH₃OH，方程式如下CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g），现将1molCO₂（g）和3molH₂（g）充入2L刚性容器中发生反应，相同时间段内测得CH₃OH的体积分数φ （CH₃OH）与温度（T）的关系如图所示：

①经过10min达到a点，此时CH₃OH的体积分数为20%．则v（H₂）=___（保留三位小数）。

②b点时，CH₃OH的体积分数最大的原因是___。

③b点时，容器内平衡压强为 P₀，CH₃OH的体积分数为30%，则反应的平衡常数K_p=___（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数）

④a点和b点的v_逆，a__b（填“＞”“＜”或”=”）若在900K时，向此刚性容器中再充入等物质的量的CH₃OH和H₂O，达平衡后φ（CH₃OH）___30%。

⑤在900K及以后，下列措施能提高甲醇产率的是____（填字母）

a．充入氦气    b．分离出H₂O    c．升温    d．改变催化剂

（3）H₂还可以还原NO消除污染，反应为2NO（g）+2H₂（g）⇌N₂（g）+2H₂O（g），该反应速率表达式v=k•c²（NO）•c（H₂）（k是速率常数，只与温度有关），上述反应分两步进行：

i.2NO（g）+H₂（g）⇌N₂（g）+H₂O₂（g）△H₁；ii．H₂O₂（g）+H₂（g）⇌2H₂O（g）△H₂化学总反应分多步进行，反应较慢的一步控制总反应速率，上述两步反应中，正反应的活化能较低的是___（填“i”或“ii”）

Answer

（2a+2b-c） 0.086mol/（L•min） 反应达到平衡状态 ＜ ＞ b ii

【解析】

(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H1=akJ•mol-1，②CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)△H2=bkJ•mol-1，③CH3OCH3(g)+H2O(g)⇌2CH3OH(g)△H3=ckJ•mol-1，盖斯定律计算(①+②)×2-③得到反应Ⅱ2CO(g)+4H2(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)的△H；

(2)①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)，现将1 mol CO2(g)和3mol H2(g)充入2L刚性容器中发生反应，经过10min达到a点，此时CH3OH的体积分数为20%．结合三行计算列式计算；

②b点时，CH3OH的体积分数最大的原因是此点反应达到平衡状态；

③b点时，容器内平衡压强为 P0，CH3OH的体积分数为30%，三行计算列式计算平衡物质的量，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数；

④a点v正＞v逆，b点v正=v逆，温度升高反应速率增大，若在900K时，向此刚性容器中再充入等物质的量的CH3OH和H2O，相当于总压增大平衡正向进行；

⑤在900K及以后，能提高甲醇产率的是改变条件平衡正向进行；

(3)反应为2NO(g)+2H2(g)⇌N2(g)+2H2O(g)，该反应速率表达式v=k•c2(NO)•c(H2)，反应速率是由第一步决定，反应活化能大。

(1)已知：①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) △H1=akJ•mol-1

②CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g) △H2=bkJ•mol-1

③CH3OCH3(g)+H2O(g)⇌2CH3OH(g) △H3=ckJ•mol-1

盖斯定律计算(①+②)×2-③得到反应Ⅱ2CO(g)+4H2(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=(2a+2b-c)KJ/mol，故答案为：(2a+2b-c)；

(2)①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)，现将1molCO2(g)和3molH2(g)充入2L刚性容器中发生反应，经过10min达到a点，此时CH3OH的体积分数为20%。结合三行计算列式计算，设消耗二氧化碳物质的量为x，

CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol)1 3 0 0

变化量(mol)x 3x x x

平衡量(mol)1-x 3-3x x x

CH3OH的体积分数==20%，x=mol，

v(H2)==0.086mol/(L•min)，故答案为：0.086mol/(L•min)；

②b点时，CH3OH的体积分数最大的原因是反应达到平衡状态，故答案为：反应达到平衡状态；

③b点时，容器内平衡压强为P0，CH3OH的体积分数为30%，消耗二氧化碳物质的量y，

CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 1 3 0 0

变化量(mol)y 3y y y

平衡量(mol)1-y 3-3y y y

=0.3，y=0.75mol，平衡状态气体总物质的量=4mol-2×0.75mol=2.5mol，反应的平衡常数Kp==，故答案为：；

④a点v正＞v逆，b点v正=v逆，温度升高反应速率增大，a点和b点的v逆，a＜b，若在900K时，向此刚性容器中再充入等物质的量的CH3OH和H2O，相当于增大总压，平衡正向进行，达平衡后φ(CH3OH)＞30%，故答案为：＜；＞；

⑤在900K及以后，能提高甲醇产率的是平衡正向进行，

a．充入氦气 总压增大分压不变，平衡不变，故a错误；

b．分离出H2O，平衡正向进行，甲醇产率增大，故b正确；

c．图中分析升温甲醇体积分数减小，说明正反应为放热反应，反应升温 平衡逆向进行，甲醇产率减小，故c错误；

d．改变催化剂，不改变化学平衡，甲醇产率不变，故d错误；

故答案为：b；

(3)H2还可以还原NO消除污染，反应为2NO(g)+2H2(g)⇌N2(g)+2H2O(g)，该反应速率表达式v=k•c2(NO)•c(H2)(k是速率常数，只与温度有关)，上述反应分两步进行：i.2NO(g)+H2(g)⇌N2(g)+H2O2(g)△H1；ii．H2O2(g)+H2(g)⇌2H2O(g)△H2化学总反应分多步进行，反应较慢的一步i反应控制总反应速率，反应活化能大，正反应的活化能较低的是ii，故答案为：ii。