Question

13．用氫氣和一氧化碳克制備潔凈能源二甲醚（CH₃OCH₃），工業(yè)制備二甲醚時(shí)在催化反應(yīng)室（壓強(qiáng)為2.0～10.0MPa，溫度為230～280℃）中進(jìn)行下列反應(yīng)：
Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=akJ•mol^-1
Ⅱ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
①催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2a+b）KJ/mol．
②已知b＜0，有利于提高反應(yīng)Ⅱ中CH₃OH轉(zhuǎn)化率的措施是降低溫度、分離二甲醚（寫出兩條即可）．
③有兩個(gè)體積均為2L的恒容密閉容器甲和乙，向甲中加入1molCO和2molH₂，向乙中加入2molCO和4molH₂，均只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，測(cè)得不同溫度下CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示．請(qǐng)?jiān)趫D示的“□”中填寫“甲”或“乙”；a＜（填“＞”或“＜”）0；L點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K（L）=9.375，K（L）＞（填“＞”“=”或“＜”）K（M）

Answer 1

分析 Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=akJ•mol^-1
Ⅱ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
①依據(jù)蓋斯定律計(jì)算Ⅰ+Ⅱ得到催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1，b＜0，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，有利于提高反應(yīng)Ⅱ中CH₃OH轉(zhuǎn)化率的措施是改變條件平衡正向進(jìn)行；
③圖象分析可知，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，向甲中加入1molCO和2molH₂，向乙中加入2molCO和4molH₂，密閉溶液中乙相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，M點(diǎn)的曲線為乙，L點(diǎn)的曲線為甲，依據(jù)化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算L點(diǎn)平衡濃度，計(jì)算平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；LM點(diǎn)溫度不同平衡常數(shù)不同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)溫度越高平衡常數(shù)越�。�

解答 解：Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=akJ•mol^-1
Ⅱ.2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1
①依據(jù)蓋斯定律計(jì)算Ⅰ×2+Ⅱ得到催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2a+b）KJ/mol，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=（2a+b）KJ/mol；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=bkJ•mol^-1，b＜0，說明反應(yīng)是氣體體積不變的放熱反應(yīng)，有利于提高反應(yīng)Ⅱ中CH₃OH轉(zhuǎn)化率的措施是改變條件平衡正向進(jìn)行，可以降低溫度、分離二甲醚等，
故答案為：降低溫度、分離二甲醚；
③圖象分析可知，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，a＜0，向甲中加入1molCO和2molH₂，向乙中加入2molCO和4molH₂，密閉溶液中乙相當(dāng)于增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，M點(diǎn)的曲線為乙，L點(diǎn)的曲線為甲，
依據(jù)化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算L點(diǎn)平衡濃度，一氧化碳轉(zhuǎn)化率為0.6
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.5      1         0
變化量（mol/L）  0.3     0.6        0.3
平衡量（mol/L） 0.2      0.4         0.3
計(jì)算平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.3}{0.2×0．{4}^{2}}$=9.375；
LM點(diǎn)溫度不同平衡常數(shù)不同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)溫度越高平衡常數(shù)越小，M點(diǎn)溫度高則K（L）＞K（M），
故答案為：；＜；9.375；＞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律應(yīng)用、影響化學(xué)平衡的因素、平衡常數(shù)計(jì)算、圖象分析判斷等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等．