Question

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：

①CH₃OCH₃(g) + H₂O(l) 2 CH₃OH(l)  △H＝＋24.52kJ/mol

②CH₃OH(l) + H₂O(l) CO₂(g) + 3H₂(g)  △H＝＋49.01kJ/mol

③CO(g) + H₂O(l) CO₂(g) + H₂(g)  △H＝－41.17kJ/mol

④CH₃OH(l) CO (g) + 2H₂(g)  △H＝＋90. 1kJ/mol

请回答下列问题：

（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式___________。

（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=___________。

（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为___________。

A．容器内气体密度保持不变       

B．气体的平均相对分子质量保持不变

C．CO的体积分数保持不变         

D．CO与H₂的物质的量之比保持1:2不变

（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，

 

①你认为反应控制的最佳温度应为___________。

A．300～350℃    B．350～400℃    C．400～450℃    D．450～500℃

②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是___________（用相应的化学方程式表示）。

（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂，CO₂的百分含量随时间变化图像。

Answer

（1）CH3OCH3(g) + 3H2O(l) 2 CO2(g) + 6H2(g) △H = ＋122.54kJ/mol

（2） （3）A

（4）①C

②可能发生另一种重整制氢反应：CH3OCH3 +CO2 3H2+3CO

③如图

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律，反应①+反应②×2，所以反应热=+24.52+49.01×2=+122.54KJ，热化学方程式为：CH3OCH3(g) + 3H2O(l) 2 CO2(g) + 6H2(g) △H = ＋122.54kJ/mol （2）化学平衡常数=生成物的浓度幂之积/反应物的浓度幂之积，即 。（3）A、因为体系中有非气体物质，所以密度保持不变，说明反应到平衡；B、因为反应体系中气体是一氧化碳和氢气按1:2混合，相对分子质量始终保持不变，所以不能确定平衡；C、一氧化碳的体积分数始终不变，不能判断平衡；D、一氧化碳和氢气比例始终1:2。所以选A。（4）①从图分析，二甲醚的转化率在400～450℃最高，所以选C。 ②二甲醚与CO2以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H2体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，说明反应中二甲醚和二氧化碳的系数相同，一氧化碳和氢气的系数相同，所以可能发生另一种重整制氢反应：CH3OCH3 +CO2 3H2+3CO。③因为反应升温，平衡正向移动，所以二氧化碳的体积分数增大，如图

考点：盖斯定律，平衡状态的标志，平衡移动的影响因素。