Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種新型能源．由合成氣（組成為H₂、CO和少量的CO₂）合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：
反應(yīng)①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1
反應(yīng)②2CH₃OH （g）?CH₃OCH₃ （g）+H₂O（g）△H₂=-24kJ?mol^-1
反應(yīng)③CO（g）+H₂O （g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1
（1）反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g） 的△H=

 

．（用△H₁、△H₂、和△H₃表示）．
（2）寫出由H₂和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學(xué)方程式為

 

．
（3）有研究者在催化劑、壓強為5.0MPa的條件下，由H₂和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如圖所示．其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是

 

．
（4）已知某溫度下反應(yīng)②平衡常數(shù)K=400．此溫度下向恒容密閉容器中充入CH₃OH，10min后反應(yīng)②達到平衡，c_平衡（CH₃OH）=0.04mol?L^-1，計算CH₃OH轉(zhuǎn)化率（寫出計算過程，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）．計算10min內(nèi)CH₃OH的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；
（2）依據(jù)蓋斯定律①×2+②得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）；
（3）H₂和CO直接制備二甲醚的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向左移動，CO轉(zhuǎn)化率降低；
（4）到平衡時CH₃OCH₃的濃度為x mol?L^-1，依據(jù)化學(xué)平衡三段式表示出平衡濃度，帶入K計算x，帶入相應(yīng)公式計算．

解答： 解：（1）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應(yīng)方程式，則△H=2△H₁+△H₂+△H₃，
故答案為：2△H₁+△H₂+△H₃；  
（2）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1，
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24kJ?mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律①×2+②得到：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204kJ?mol^-1，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204kJ?mol^-1；
（3）2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃+H₂O（g）是一個可逆反應(yīng)，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向左移動，CO轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：H₂和CO直接制備二甲醚的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向左移動，CO轉(zhuǎn)化率降低；
（4）設(shè)達到平衡時CH₃OCH₃的濃度為x mol?L^-1
               2CH₃OH （g）CH₃OCH₃ （g）+H₂O（g）
c_開始（mol?L^-1）   0.04+2x             0          0
變化（mol?L^-1）     2x                x          x
c_平衡（mol?L^-1）     0.04              x          x
K=

x2

0.042

=400，x=0.8mol?L^-1，
CH₃OH轉(zhuǎn)化率=

2×0.8

0.04+2×0.8

×100%=97.56%，
  v（CH₃OH）=

2×0.8mol/L

10min

=0.16 mol?L^-1min^-1，
故答案為：0.16 mol?L^-1min^-1．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的移動、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計算，為高頻考點，題目難度中等，注意把握平衡常數(shù)的意義．