Question

14．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用．工業(yè)上以CO和H₂為原料生產(chǎn)CH₃OCH₃的新工藝主要發(fā)生三個(gè)反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-91kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ•mol^-1
回答下列問題：
（1）新工藝的總反應(yīng)為3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H該反應(yīng)△H=-247KJ•mol^-1，平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）•c（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
（2）增大壓強(qiáng)，CH₃OCH₃的產(chǎn)率增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）原工藝中反應(yīng)①和反應(yīng)②分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，無反應(yīng)③發(fā)生．新工藝中反應(yīng)③的發(fā)生提高了CH₃OCH₃的產(chǎn)率，原因是反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H₂O，使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率．
（4）為了尋找合適的反應(yīng)溫度，研究者進(jìn)行了一系列試驗(yàn)，每次試驗(yàn)保持原料氣組成、壓強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間等因素不變，試驗(yàn)結(jié)果如圖．CO轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的規(guī)律是溫度低于240℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小，其原因是在較低溫時(shí)，各反應(yīng)體系均未達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)速率影響，隨著溫度的升高反應(yīng)速率增大，CO的轉(zhuǎn)化率也增大；在較高溫時(shí)，各反應(yīng)體系均已達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�

Answer 1

分析 （1）①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-91kJ•mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-24kJ•mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③計(jì)算△H；
平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）反應(yīng)前后氣體的氣體減小，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)；
（3）反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H₂O，使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）由圖表可知，在較低溫時(shí)，反應(yīng)體系均未達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)速率影響，隨著溫度的升高反應(yīng)速率增大，CO的轉(zhuǎn)化率也增大；在較高溫時(shí)，反應(yīng)體系均已達(dá)到平衡，隨著溫度的升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�

解答 解：（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-91kJ•mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-24kJ•mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ•mol^-1，
平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，所以K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）•c（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，
故答案為：-247KJ•mol^-1；$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）•c（CO{\;}_{2}）}{c{\;}^{3}（CO）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
（2）反應(yīng)前后氣體的氣體減小，增大壓強(qiáng)平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH₃0CH₃的產(chǎn)率增大，故答案為：增大；
（3）反應(yīng)③生成了反應(yīng)①中的反應(yīng)物，使反應(yīng)①的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)①生成反應(yīng)②的反應(yīng)物CH3OH，同時(shí)反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H2O，使反應(yīng)②的化學(xué)平衡都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高CH3OCH3的產(chǎn)率，故答案為：反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H₂O，使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率；
（4）由圖表可知，溫度低于240℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小，
在較低溫時(shí)，各反應(yīng)體系均未達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)速率影響，隨著溫度的升高反應(yīng)速率增大，CO的轉(zhuǎn)化率也增大；在較高溫時(shí)，各反應(yīng)體系均已達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：溫度低于240℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小；
在較低溫時(shí)，各反應(yīng)體系均未達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)速率影響，隨著溫度的升高反應(yīng)速率增大，CO的轉(zhuǎn)化率也增大；在較高溫時(shí)，各反應(yīng)體系均已達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱的計(jì)算、平衡移動(dòng)、化學(xué)平衡常數(shù)等，難度中等，難點(diǎn)在于讀圖明白溫度為240℃時(shí)反應(yīng)體系均已達(dá)到平衡．