Question

二甲醚（CH₃OCH₃）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用．工業上以CO和H₂為原料生產CH₃OCH₃的工藝主要發生三個反應：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-91kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1
回答下列問題：
（1）該工藝總反應的熱化學方程式為：

 

，平衡常數表達式K=

 

．
（2）增大壓強，CH₃OCH₃的產率

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）為了尋找合適的反應溫度，研究者進行了一系列試驗，每次試驗保持原料氣組成、壓強、
反應時間等因素不變，試驗結果如圖．該條件下，溫度為

 

時最合適．低于此溫度CO轉化率不高的原因是

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題

分析：（1）運用蓋斯定律的原理，從待求反應出發，分析待求反應中的反應物和生成物在已知反應中的位置，通過相互加減可得；根據化學平衡常數進行解答，平衡時生成物濃度冪之積比反應物濃度冪之積；
（2）根據壓強對平衡移動的影響來回答；
（3）由圖表可知，在較低溫時，反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，反應體系均已達到平衡，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減小．

解答： 解：（1）已知①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-91kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-24kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1
根據蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ?mol^-1，平衡常數K=

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

；
故答案為：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ?mol^-1；

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

；
（2）增大壓強，化學平衡正向移動，所以CH₃OCH₃的產率增大，故答案為：增大；
（3）由圖表可知，溫度低于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時，CO的轉化率隨著溫度的升高而減小，
在較低溫時，各反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大；在較高溫時，各反應體系均已達到平衡，CO的轉化率主要受反應限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減小．
故答案為：240℃；在較低溫時，各反應體系均未達到平衡，CO的轉化率主要受反應速率影響，隨著溫度的升高反應速率增大，CO的轉化率也增大．

點評：本題考查反應熱的計算、平衡移動、化學平衡常數等，難度中等，難點在于讀圖明白溫度為240℃時反應體系均已達到平衡．