Question

(1)250℃时，以镍合金为催化剂，向初始体积为 8L 的密闭容器中通入 5molCO₂、3molCH₄，在恒压条件下发生反应：CO₂(g) +CH₄(g)⇌2CO(g) + 2H₂(g)。平衡体系中甲烷的物质的量变化见表。

反应时间(s)	2	4	6	8
CH4物质的量(mol)	2.7	2.4	2.0	2.0

此温度下，该反应的平衡常数K =_____。

(2)二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要有以下几个反应(数据为 25℃、1.01×10⁵Pa 测定)

① CH₃OCH₃(g) + H₂O(l)⇌2CH₃OH(l)    △H＝＋24.52kJ/mol

② CH₃OH(l) + H₂O(l)⇌CO₂(g) + 3H₂(g)    △H＝＋49.01kJ/mol

③ CO(g) + H₂O(l)⇌CO₂(g) + H₂(g)    △H＝－41.17kJ/mol

④ CH₃OH(l)⇌CO (g) + 2H₂(g)    △H＝＋90. 18kJ/mol

则 CH₃OCH₃(g) +3H₂O(l)⇌2CO₂(g) + 6H₂(g)    △H =_____kJ/mol

(3)上述(2)中二甲醚催化重整制氢的过程中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚的转化率关系如图所示：

①你认为反应控制的最佳温度应为_____________，理由是__________。

A.300～350℃    B.350～400℃    C.400～450℃    D.450～500℃

②在一个绝热恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据的是____________。

A.体系的温度不再改变    B.气体的平均相对分子质量保持不变

C.CO 的体积分数不变    D.气体的密度保持不变

③ 在温度达到 400℃以后，二甲醚与 CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而 CO 和 H₂发体积分数也以几乎相同的变化趋势升高。则此时发生的反应为_______________试在图中黑色方框内画出 400℃以后的 CH₃OCH₃和 CO 体积分数的变化趋势____。

Answer

0.02 +122.54 C 二甲醚的转化率高，且产物CO2和H2的体积分数较大 AD CH3OCH3(g)+CO2(g)3CO(g)+3H2(g)

【解析】

（1）根据反应中各物质浓度变化量之比等于其化学计量数之比算出各物质平衡时的浓度，然后根据平衡常数定义算出平衡常数；

（2）利用盖斯定律解答；

（3）①根据反应物体积分数越低，其转化率越高，生成物体积分数越高，其反应选择性越好进行分析；

②根据平衡状态下各变量不再变化进行分析；

③二甲醚与 CO2以几乎相同的变化趋势明显降低，而 CO 和 H2发体积分数也以几乎相同的变化趋势升高可确定反应物与生成物，根据原子守恒配平；根据各物质的变化趋势和反应中化学计量数关系确定曲线变化。

（1）由表格数据可知，反应达到平衡后，n(CH4)=2mol，Δn(CH4)=3mol-2mol=1mol，则平衡时n(CO2)=4mol、n(CO)=2mol、n(H2)=2mol，初始体积为8L，设平衡时体积为V，则，得V=10L，该反应的平衡常数；

（2）已知：① CH3OCH3(g)+H2O(l)2CH3OH(l)△H=+24.52kJ/mol

② CH3OH(l)+H2O(l)CO2(g)+3H2(g)△H=+49.01kJ/mol

③ CO(g)+H2O(l)CO2(g)+H2(g)△H=-41.17kJ/mol

④ CH3OH(l)CO(g)+2H2(g)△H=+90. 18kJ/mol

根据盖斯定律①+②+③+④可得：CH3OCH3(g)+3H2O(l)2CO2(g)+6H2(g)△H=+122.54kJ/mol；

（3）①根据图可知，400∼450℃时，二甲醚的转化率高，且产物CO2和H2的体积分数较大，故答案为：C；二甲醚的转化率高，且产物CO2和H2的体积分数较大；

②A．反应④为吸热反应，装置为绝热，故体系温度会降低，平衡时，体系的温度不再改变，故A符合题意；

B．装置中的气体始终为1：2的CO和H2，故气体的平均相对分子质量始终保持不变，不能说明化学平衡状态，故B不符合题意；

C．装置中的气体始终为1：2的CO和H2，故CO的体积分数始终不变，不能说明化学平衡状态，故C不符合题意；

D．根据，气体的总质量增大，V不变，故气体的密度保持不变说明反应达到平衡状态，故D符合题意；

故答案为：AD；

③在温度达到400℃以后，二甲醚与 CO2以几乎相同的变化趋势明显降低，说明二甲醚与 CO2均作反应物，且二者系数为1:1，而 CO 和 H2发体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，说明CO与H2作生成物，且二者系数为1:1，根据原子守恒可知，发生反应： CH3OCH3(g)+CO2(g)3CO(g)+3H2(g)，则CH3OCH3减少，其趋势下降，CO增多，其趋势上升，且变化比例为1:3，故图象大致趋势为：。