Question

20．碳循環(huán)是地球上重要的物質(zhì)循環(huán)，碳循環(huán)包含石油及石油制品的研發(fā)應(yīng)用．石油工業(yè)上用兩步法生產(chǎn)二甲醚，其工藝流程如下：

反應(yīng)室Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
反應(yīng)室Ⅱ：2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
（1）欲提高反應(yīng)室Ⅰ中CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的方法有增大氫氣濃度、不斷分離出甲醇或者加壓．
（2）反應(yīng)室Ⅰ（恒容10L）中有關(guān)反應(yīng)數(shù)據(jù)如下：

序號(hào)	溫度（°C）	起始濃度（mol•L-1）			平衡濃度（mol•L-1）
		CO	H2	CH3OH	CO	H2	CH3OH
①	T	1	3	0	0.2	1.4	0.8
②	T	1.5	4.6	0.1	b1	b2	b3
③	T+30	1	3	0	0.25	1.5	0.75

①圖1表示反應(yīng)室Ⅰ中不同溫度下序號(hào)1（曲線(xiàn)m）和序號(hào)3（曲線(xiàn)n） 反應(yīng)中CO轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，請(qǐng)?jiān)诖痤}紙上的圖4中補(bǔ)畫(huà)出曲線(xiàn)n．
②判斷：$\frac{_{3}}{_{1}}$＞4（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）圖2表示甲醇或二甲醚體積分?jǐn)?shù)隨氫碳比$\frac{n（{H}^{2}）}{n（CO）}$的變化情況，從圖中可以得到的結(jié)論是C．
A．提高氫碳比可以加快反應(yīng)速率
B．提高氫碳比可以提高氫氣的轉(zhuǎn)化率
C．按方程式系數(shù)比投料時(shí)甲醇或二甲醚體積分?jǐn)?shù)最大
D．對(duì)于同一反應(yīng)氫碳比越大，生成物濃度越大
（4）已知某溫度下下列熱化學(xué)方程式：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-20.59kJ•mol^-1，則2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-221.51kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)通過(guò)改變溫度、壓強(qiáng)或者減小生成物濃度使平衡正向移動(dòng)，則可提高反應(yīng)室Ⅰ中CO的轉(zhuǎn)化率；
（2）①序號(hào)3平衡時(shí)CH₃OH小于序號(hào)1，則升溫平衡逆向移動(dòng)結(jié)合升溫反應(yīng)速率加快分析；
②序號(hào)2將0.1mol/L的CH₃OH全部轉(zhuǎn)化到左邊，即相對(duì)于開(kāi)始CO濃度1.6mol/L，H₂濃度4.8mol/L，與序號(hào)1CO濃度1mol/L，H₂濃度3mol/L成比例，則序號(hào)2相對(duì)于序號(hào)1增大壓強(qiáng)，所以平衡正向移動(dòng)，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)圖象可以看出，對(duì)于同一反應(yīng)隨著氫碳比增大，甲醇或二甲醚體積分?jǐn)?shù)先增大后減��；對(duì)于不同反應(yīng)，相同氫碳比，二甲醚體積分?jǐn)?shù)大于甲醇體積分?jǐn)?shù)；
（4）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ•mol^-1①
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-20.59kJ•mol^-1 ②
 根據(jù)蓋斯定律①×2+②計(jì)算．

解答 解：（1）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），則增大氫氣濃度，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；不斷分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；加壓，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；故答案為：增大氫氣濃度；不斷分離出甲醇或者加壓；
（2）①由圖表數(shù)據(jù)，序號(hào)3平衡時(shí)CH₃OH濃度小于序號(hào)1，則說(shuō)明升溫平衡逆向移動(dòng)，又升溫反應(yīng)速率加快，所以曲線(xiàn)n相對(duì)于曲線(xiàn)m，反應(yīng)速率快，但平衡平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率小，則曲線(xiàn)n為：，故答案為：；

②序號(hào)2將0.1mol/L的CH₃OH全部轉(zhuǎn)化到左邊，即相對(duì)于開(kāi)始CO濃度1.6mol/L，H₂濃度4.8mol/L，與序號(hào)1CO濃度1mol/L，H₂濃度3mol/L成比例，則序號(hào)2相對(duì)于序號(hào)1增大壓強(qiáng)，所以平衡正向移動(dòng)，又序號(hào)1$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）}$=$\frac{0.8}{0.2}$=4，所以序號(hào)2$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）}$=$\frac{_{3}}{_{1}}$＞4，故答案為：＞；
（3）根據(jù)圖象可以看出，對(duì)于同一反應(yīng)隨著氫碳比增大，甲醇或二甲醚體積分?jǐn)?shù)先增大后減小，并且氫碳比為2時(shí)甲醇或二甲醚體積分?jǐn)?shù)最大，所以按方程式系數(shù)比投料時(shí)甲醇或二甲醚體積分?jǐn)?shù)最大；對(duì)于不同反應(yīng)，相同氫碳比，二甲醚體積分?jǐn)?shù)大于甲醇體積分?jǐn)?shù)；所以只有C可以從圖中得出；故選：C；
（4）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ•mol^-1①
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-20.59kJ•mol^-1 ②
根據(jù)蓋斯定律①×2+②得：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=2×△H₁+△H₂=-221.51kJ•mol^-1
故答案為：-221.51．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響、等效平衡的應(yīng)用、圖象分析判斷的方法、蓋斯定律的計(jì)算等，掌握基礎(chǔ)是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．