Question

2．新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料．二甲醚催化重整制氢气的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为200℃、1.01×10⁵Pa测定）：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H=+a kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H=+b kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-c kJ•mol^-1
④CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g）△H=+d kJ•mol^-1
请回答下列问题．
（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g），△H=+（a+2b）kJ/mol．
（2）写出反应③的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$．若温度升高，此反应的K值将减小（增大、减小或不变）．
（3）在200℃恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为BC．
A．容器内气体密度保持不变         B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．CO的体积分数保持不变           D．CO与H₂的物质的量之比保持1：2不变
（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系分别如图1、图2所示．

①你认为工业生产中控制的最佳温度为D．
A.250～300℃B.300～350℃C.350～400℃D.400～450℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势降低，而CO、H₂的体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，用化学方程式表示可能的原因CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．
（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡．下述条件改变时，请在图3中补充画出CO₂的百分含量随时间变化的图象：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?2CH₃OH（g）△H=+akJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+bkJ/mol
据盖斯定律，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g）；
（2）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小；
（3）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
（4）①由图可知在400-450℃时，二甲醚的浓度最小，转化率最大，氢气的体积分数最大；
②温度超过400℃，二甲醚与二氧化碳相同的比例降低，CO与氢气相同的比例升高，说明二甲醚与二氧化碳以1：1反应，生成CO与氢气的比例相同；
（5）t₁时升高温度，平衡向正反应方向移动，CO₂的百分含量增加．

解答 解：（1）已知：①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?2CH₃OH（g）△H=+akJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+bkJ/mol
据盖斯定律，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g），△H=+（a+2b）kJ/mol，
故答案为：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?2CO₂（g）+6H₂（g），△H=+（a+2b）kJ/mol；
（2）反应③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，
故答案为：$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；减小；
（3）A．均为气体，混合气体总质量不变，容器容积不变，容器内气体的密度始终不变，故A错误；
B．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体物质的量增大，平均相对分子质量减小，所以平均相对分子质量保持不变时，说明达到了化学平衡状态，故B正确；
C．CO的体积分数不变，说明反应到达平衡，故C正确；
D．CO与氢气的物质的量之比始终是1：2，不能证明达到了化学平衡状态，故D错误．
故选：BC；
（4）①由图可知在400-450℃时，二甲醚的浓度最小，转化率最大，氢气的体积分数最大，故选：C；
②温度超过400℃，二甲醚与二氧化碳相同的比例降低，CO与氢气相同的比例升高，说明二甲醚与二氧化碳以1：1反应，生成CO与氢气的比例相同，则反应的方程式为：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO，
故答案为：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO；
（5）t₁时升高温度，平衡向正反应方向移动，CO₂的百分含量增加，图象为：，
故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律的应用、化学平衡常数及其影响因素、平衡状态的判断、化学平衡影响因素、读图获取信息的能力等，是对学生综合能力的考查，难度中等．