Question

7．近幾年，利用CO₂合成二甲醚已成為人們所關注的熱點．其反應原理如下：
反應①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
反應②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
反應③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l）△H₃
請回答：
（1）CO₂轉化為二甲醚的反應原理為：
反應④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H₄=△H₁=-122.541kJ/moL；．
（2）下列不能說明反應③在298K、恒容條件下達化學平衡狀態的是ABD．
A、v正（H₂）=v逆（H₂O）
B、n（CO₂）：n（H₂）：n（CO）：n（H₂O）=1：1：1：1
C、混合氣體的密度不變
D、混合氣體的平均相對分子質量不變
E、容器的壓強不變
（3）寫出反應②在500K時的平衡常數表達式：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$．
（4）如圖表示起始投料量$\frac{{H}_{2}}{C{O}_{2}}$=4時，反應③、④中CO₂的平衡轉化率隨反應溫度的變化關系圖，根據圖示回答下列問題：

①△H₃＞0（填寫“＞”、”＜”、“=”）
②低溫（高溫或低溫）有利于提高反應④二甲醚的產率，請簡述理由：較低溫度下，反應反應③二氧化碳的轉化率較小而反應④較大，所以較低溫度對反應④有利，二甲醚的產率較高．
③若起始投料量$\frac{{H}_{2}}{C{O}_{2}}$=4，起始溫度為298K，反應④在503K時達到平衡，請在上圖畫出CO₂轉化率隨溫度升高的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
由蓋斯定律可得：①×2+②=④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），據此計算；
（2）根據化學平衡狀態特征：正逆反應速率相等，各組分含量保持不變分析；
（3）根據化學平衡常數概念列式；
（4）①根據溫度對化學平衡的影響分析；
②反應④的二氧化碳的轉化率隨溫度的升高而降低，低溫有利；
③反應④在503K時達到平衡，則在該溫度下二氧化碳的轉化率最高，據此畫出圖象．

解答 解：（1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（l）△H₁=-49.01kJ/moL
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL
由蓋斯定律可得：①×2+②=④：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l），△H₁=-122.541kJ/moL；
故答案為：△H₁=-122.541kJ/moL；
（2）反應③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l），
A、v正（H₂）=v逆（H₂O），水為純液態，不能計算反應速率，不能判斷化學平衡狀態，故A錯誤，
B、反應參與量滿足：n（CO₂）：n（H₂）：n（CO）：n（H₂O）=1：1：1：1，平衡不具有這一特征，故B錯誤，
C、混合氣體的質量減小、恒容，氣體體積不變，所以密度發生改變，密度不變時，反應達到化學平衡狀態，故C正確，
D、對于該反應，混合氣體的質量減小為水的質量，混合氣體的平均相對分子質量不變，不能作為判斷依據，故D錯誤，
E、該反應是氣體體積縮小的反應，若容器的壓強不變，說明正逆反應速率相等，已經達到平衡狀態，故E正確；
故答案為：ABD；
（3）反應②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H₂=-24.52kJ/moL500K時的化學平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；
（4）①根據圖示，反應③的二氧化碳的轉化率隨溫度的升高而增大，說明溫度升高后，平衡正向移動，故正反應為吸熱反應；
故答案為：△H＞0；
②較低溫度下，反應反應③二氧化碳的轉化率較小而反應④較大，所以較低溫度對反應④有利，二甲醚的產率較高；
故答案為：低溫；較低溫度下，反應反應③二氧化碳的轉化率較小而反應④較大，所以較低溫度對反應④有利，二甲醚的產率較高；
③反應④在503K時達到平衡，則從298K開始，二氧化碳的轉化率逐漸增大，當溫度達到503K時，二氧化碳的轉化率達到最大，當溫度大于503K后，二氧化碳的轉化率會減小，則CO2轉化率隨溫度升高的變化曲線為：；
故答案為：．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應用、化學平衡狀態的判斷、化學圖象的分析等知識，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握蓋斯定律的內容及其應用方法．