Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种新型能源．由合成气（组成为H₂、CO和少量的CO₂）合成二甲醚的三步反应如下：
反应①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90kJ?mol^-1
反应②2CH₃OH （g）?CH₃OCH₃ （g）+H₂O（g）△H₂=-24kJ?mol^-1
反应③CO（g）+H₂O （g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1
（1）反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g） 的△H=

 

．（用△H₁、△H₂、和△H₃表示）．
（2）写出由H₂和CO直接制备二甲醚（另一产物为水蒸气）的热化学方程式为

 

．
（3）有研究者在催化剂、压强为5.0MPa的条件下，由H₂和CO直接制备二甲醚，结果如图所示．其中CO转化率随温度升高而降低的原因是

 

．
（4）已知某温度下反应②平衡常数K=400．此温度下向恒容密闭容器中充入CH₃OH，10min后反应②达到平衡，c_平衡（CH₃OH）=0.04mol?L^-1，计算CH₃OH转化率（写出计算过程，结果保留两位有效数字）．计算10min内CH₃OH的平均反应速率v（CH₃OH）=

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,热化学方程式,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；
（2）依据盖斯定律①×2+②得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）；
（3）H₂和CO直接制备二甲醚的反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，CO转化率降低；
（4）到平衡时CH₃OCH₃的浓度为x mol?L^-1，依据化学平衡三段式表示出平衡浓度，带入K计算x，带入相应公式计算．

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
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则△H=2△H₁+△H₂+△H₃，
故答案为：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，
依据盖斯定律①×2+②得到：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204kJ?mol^-1，
故答案为：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204kJ?mol^-1；
（3）2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃+H₂O（g）是一个可逆反应，反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，CO转化率降低，
故答案为：H₂和CO直接制备二甲醚的反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，CO转化率降低；
（4）设达到平衡时CH₃OCH₃的浓度为x mol?L^-1
               2CH₃OH （g）CH₃OCH₃ （g）+H₂O（g）
c_开始（mol?L^-1）   0.04+2x             0          0
变化（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转化率=

2×0.8

0.04+2×0.8

×100%=97.56%，
  v（CH₃OH）=

2×0.8mol/L

10min

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

点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡的移动、反应速率、平衡常数的计算，为高频考点，题目难度中等，注意把握平衡常数的意义．