Question

二甲醚(CH₃OCH₃)重整制取H₂，具有无毒、无刺激性等优点。回答下列问题：

(1) CH₃OCH₃和O₂发生反应I：CH₃OCH₃(g)+O₂(g)=2CO(g)+3H₂(g)△H

已知：CH₃OCH₃(g)CO(g)+H₂(g)+CH₄(g)△H₁

CH₄(g)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O (g)△H₂

H₂(g)+O₂(g)=H₂O (g)△H₃

①则反应I的△H=____________________(用含△H₁、△H₂、△H₃的代数式表示)。

②保持温度和压强不变，分别按不同进料比通入CH₃OCH₃和O₂，发生反应I。测得平衡时H₂的体积百分含量与进料气中n(O₂)/n(CH₃OCH₃)的关系如图所示。当＞0.6时，H₂的体积百分含量快速降低，其主要原因是____(填标号)。

A．过量的O₂起稀释作用

B．过量的O₂与H₂发生副反应生成H₂O

C．＞0.6平衡向逆反应方向移动

(2)T℃时，在恒容密闭容器中通入CH₃OCH₃，发生反应II：CH₃OCH₃(g)CO(g)+H₂(g)+CH₄(g)，测得容器内初始压强为41.6 kPa，反应过程中反应速率v(CH₃OCH₃)时间t与CH₃OCH₃分压P(CH₃OCH₃)的关系如图所示。

①t=400 s时，CH₃OCH₃的转化率为________(保留2位有效数字)；反应速率满足v(CH₃OCH₃)=kPⁿ(CH₃OCH₃)，k=_________s^-1；400 s时v(CH₃OCH₃)=_________kPa∙s^-1。

②达到平衡时，测得体系的总压强P_总= 121.6 kPa，则该反应的平衡常数K_p=________________kPa²(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

③该温度下，要缩短达到平衡所需的时间，除改进催化剂外，还可采取的措施是________。

Answer

△H1+△H2-2△H3 B 16% 4.4×10-4 1.54×10-2kPa/s 4×104 增大反应物的压强或浓度

【解析】

(1) ①已知：i.CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H1

ii.CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O (g)△H2

iiiH2(g)+O2(g)=H2O (g)△H3

根据盖斯定律i+ii-iii×2得：CH3OCH3(g)+O2(g)=2CO(g)+3H2(g)△H=△H1+△H2-2△H3；

②过量的O2与H2发生副反应生成H2O，从而使H2的体积百分含量快速降低，A、C选项不能使H2的体积百分含量快速降低，故选B；

(2)①t=400 s时，CH3OCH3分压P(CH3OCH3)=35.0kPa，测得容器内初始压强为41.6 kPa，根据等温等容条件下，压强之比等于物质的量之比，可知转化率=×100%=16%；

由图象可知，当P(CH3OCH3)=10.0kPa时，v(CH3OCH3)=4.4×10-3kPa·s-1，根据v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3)，化学方程式中CH3OCH3的系数为1，所以n=1，解得k=4.4×10-4s-1；

由图象可知，400 s时P(CH3OCH3)=35.0kPa，则v(CH3OCH3)= 4.4×10-4s-1×35kPa=1.54×10-2kPa/s；

②达到平衡时，测得体系的总压强P总=121.6 kPa，设起始通入的CH3OCH3物质的量为41.6mol，反应消耗甲醚物质的量为x，列三段式有：

根据气体的压强之比等于气体物质的量之比有(41.6+2x)：41.6=121.6：41.6，解得x=40mol，则平衡时CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)的物质的量分别为1.6mol、40mol、40mol、40mol，则平衡时CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)的分压为1.6kPa、40kPa、40 kPa、40 kPa，则该反应的平衡常数Kp===4104kPa2；

③该温度下，要缩短达到平衡所需的时间，除改进催化剂外，还可以增大反应物的压强或增大反应物的浓度使反应速率加快。