Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性等優(yōu)點(diǎn)。回答下列問(wèn)題：

(1) CH3OCH3和O2發(fā)生反應(yīng)I：CH3OCH3(g)+O2(g)=2CO(g)+3H2(g)△H

已知：CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H1

CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O (g)△H2

H2(g)+O2(g)=H2O (g)△H3

①則反應(yīng)I的△H=____________________(用含△H1、△H2、△H3的代數(shù)式表示)。

②保持溫度和壓強(qiáng)不變，分別按不同進(jìn)料比通入CH3OCH3和O2，發(fā)生反應(yīng)I。測(cè)得平衡時(shí)H2的體積百分含量與進(jìn)料氣中n(O2)/n(CH3OCH3)的關(guān)系如圖所示。當(dāng)＞0.6時(shí)，H2的體積百分含量快速降低，其主要原因是____(填標(biāo)號(hào))。

A．過(guò)量的O2起稀釋作用

B．過(guò)量的O2與H2發(fā)生副反應(yīng)生成H2O

C．＞0.6平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

(2)T℃時(shí)，在恒容密閉容器中通入CH3OCH3，發(fā)生反應(yīng)II：CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)，測(cè)得容器內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為41.6 kPa，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)速率v(CH3OCH3)時(shí)間t與CH3OCH3分壓P(CH3OCH3)的關(guān)系如圖所示。

①t=400 s時(shí)，CH3OCH3的轉(zhuǎn)化率為________(保留2位有效數(shù)字)；反應(yīng)速率滿足v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3)，k=_________s-1；400 s時(shí)v(CH3OCH3)=_________kPas-1。

②達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得體系的總壓強(qiáng)P總= 121.6 kPa，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=________________kPa2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

③該溫度下，要縮短達(dá)到平衡所需的時(shí)間，除改進(jìn)催化劑外，還可采取的措施是________。

Answer 1

【答案】△H1+△H2-2△H3 B 16% 4.4×10-4 1.54×10-2kPa/s 4×104 增大反應(yīng)物的壓強(qiáng)或濃度

【解析】

(1) ①已知：i.CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H1

ii.CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O (g)△H2

iiiH2(g)+O2(g)=H2O (g)△H3

根據(jù)蓋斯定律i+ii-iii×2得：CH3OCH3(g)+O2(g)=2CO(g)+3H2(g)△H=△H1+△H2-2△H3；

②過(guò)量的O2與H2發(fā)生副反應(yīng)生成H2O，從而使H2的體積百分含量快速降低，A、C選項(xiàng)不能使H2的體積百分含量快速降低，故選B；

(2)①t=400 s時(shí)，CH3OCH3分壓P(CH3OCH3)=35.0kPa，測(cè)得容器內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為41.6 kPa，根據(jù)等溫等容條件下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，可知轉(zhuǎn)化率=×100%=16%；

由圖象可知，當(dāng)P(CH3OCH3)=10.0kPa時(shí)，v(CH3OCH3)=4.4×10-3kPa·s-1，根據(jù)v(CH3OCH3)=kPn(CH3OCH3)，化學(xué)方程式中CH3OCH3的系數(shù)為1，所以n=1，解得k=4.4×10-4s-1；

由圖象可知，400 s時(shí)P(CH3OCH3)=35.0kPa，則v(CH3OCH3)= 4.4×10-4s-1×35kPa=1.54×10-2kPa/s；

②達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得體系的總壓強(qiáng)P總=121.6 kPa，設(shè)起始通入的CH3OCH3物質(zhì)的量為41.6mol，反應(yīng)消耗甲醚物質(zhì)的量為x，列三段式有：

根據(jù)氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比有(41.6+2x)：41.6=121.6：41.6，解得x=40mol，則平衡時(shí)CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)的物質(zhì)的量分別為1.6mol、40mol、40mol、40mol，則平衡時(shí)CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)的分壓為1.6kPa、40kPa、40 kPa、40 kPa，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp===4104kPa2；

③該溫度下，要縮短達(dá)到平衡所需的時(shí)間，除改進(jìn)催化劑外，還可以增大反應(yīng)物的壓強(qiáng)或增大反應(yīng)物的濃度使反應(yīng)速率加快。