Question

【題目】(13分)日常生活、生產(chǎn)中甲烷既是重要的清潔能源也是一種重要的化工原料。

(1)下圖是CH4/H2O體系放氫焓變示意圖：

則CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H= 。

(2)合成氣(CO、H2)是一種用途相當(dāng)廣泛的化工基礎(chǔ)原料，常被用來合成很多有機(jī)物，如甲醇(CH3OH)、二甲醚(CH3OCH3)等。

①在壓強(qiáng)為0.1MPa條件下，物質(zhì)的量之比為1:3的CO、H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H＜0。若容器體積不變，改變下列條件新平衡下甲醇體積分?jǐn)?shù)增大的是 (填字母)。

A．升高溫度 B．將CH3OH(g)從體系中分離

C．充入N2使體系總壓強(qiáng)增大 D．再充入1mol CO和3mol H2

②二甲醚被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”。一定條件下利用H2、CO合成CH3OCH3。其反應(yīng)方程式為：3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為 。最近研究發(fā)現(xiàn)一種新型的催化劑(主要成分是Cu、Mn的合金)對(duì)CO和H2合成二甲醚具有較好的催化效率。根據(jù)如圖判斷，催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為 時(shí)最有利于二甲醚的合成。

③以甲醇為原料是合成二甲醚的又一途徑：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。一定溫度下，向2L某容器中充入一定量的CH3OH，10s到達(dá)平衡后測得CH3OH 0.04mol，CH3OCH3 0.08mol，則用甲醇表示反應(yīng)在10s內(nèi)的平均反應(yīng)速率為 ，相同條件下起始時(shí)向該容器中充入CH3OH 0.15mol、CH3OCH3 0.15mol、和H2O 0.10mol，則反應(yīng)將向 方向進(jìn)行(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)。

Answer 1

【答案】

(1)+123.8 kJ/mol

(2)①D；②K=；2.0；③0.008 mol/(L·s)；正反應(yīng)

【解析】

試題分析：(1)根據(jù)圖示有①CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H=+206.2kJ/mol

②CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) △H=+165.0kJ/mol

將②×2-①得：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=2×(+165.0kJ/mol)-(+206.2kJ/mol)=+123.8kJ/mol，故答案為：+123.8kJ/mol；

(2)①A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇體積分?jǐn)?shù)減小，錯(cuò)誤；B．將CH3OH(g)從體系中分離出來，平衡正向移動(dòng)，但甲醇體積分?jǐn)?shù)不變，錯(cuò)誤；C．充入N2使體系總壓強(qiáng)增大，平衡不一定，甲醇體積分?jǐn)?shù)不變，錯(cuò)誤；D．再充入1mol CO和3mol H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇體積分?jǐn)?shù)增大，正確；故選D。

②根據(jù)3H2(g)+3CO(g) CH3OCH3(g)+CO2(g)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=，根據(jù)圖像可知，催化劑中n(Mn)/n(Cu)約為2時(shí)最有利于二甲醚的合成，故答案為：K=；2.0；

③ 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始(mol) a 0 0

反應(yīng)(mol) 0.04 0.08 0.08

平衡(mol) 0.04 0.08 0.08

v(CH3OCH3)===0.004mol/(L·s)，則v(CH3OH)=2v(CH3OCH3)=0.008mol/(L·s)，Qc==＜K=，反應(yīng)正向進(jìn)行，故答案為：0.008mol/(L·s)；正反應(yīng)。