Question

近几年，利用CO₂合成二甲醚已成为人们所关注的热点。其反应原理如下：

反应①CO₂(g) + 3H₂(g) CH₃OH(g) + H₂O(l)     △H₁=-49.01kJ/moL

反应②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g) + H₂O(l)      △H₂=-24.52kJ/moL

反应③CO₂(g) + H₂(g) CO(g)+H₂O(l)          △H₃

请回答：

（1）CO₂转化为二甲醚的反应原理为：反应④：2CO₂(g) + 6H₂(g) CH₃OCH₃(g)+3H₂O(l)  △H₄=__________。

（2）下列不能说明反应③在298K、恒容条件下达化学平衡状态的是__________。

A、v正(H₂)=v逆(H₂O)

B、n(CO₂)：n(H₂)：n(CO)：n(H₂O)=1：1：1：1

C、混合气体的密度不变

D、混合气体的平均相对分子质量不变

E、容器的压强不变

（3）写出反应②在500K时的平衡常数表达式：__________。

（4）下图表示起始投料量H₂/CO₂=4时，反应③、④中CO₂的平衡转化率随反应温度的变化关系图，根据图示回答下列问题：

① △H₃__________0(填写“>”、”<”、“=”)

②__________(高温或低温)有利于提高反应④二甲醚的产率，请简述理由：__________。

③若起始投料量H₂/CO₂=4，起始温度为298K，反应④在503K时达到平衡，请在上图画出CO₂转化率随温度升高的变化曲线。

Answer

（1）-122.54kJ/mol；（2）ABD；（3）K=；（4）①＞；

②低温；较低温度下，反应③的平衡转化率较小而反应④较大，所以低温对反应④有利，二甲醚的产率较高；

③。

【解析】

试题分析：（1）反应①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H1=-49.01kJ/moL

反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(l)△H2=-24.52kJ/moL，

根据盖斯定律，①×2+②可得：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(l)△H4=(-49.01kJ/moL)×2+(-24.52kJ/moL)=-122.54kJ/mol，故答案为：-122.54kJ/mol；

（2）反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(l)。A．水是纯液体，浓度始终不变，v正(H2)=v逆(H2O)，不能说明达到了平衡状态，故A错误；B．n(CO2)：n(H2)：n(CO)：n(H2O)=1：1：1：1，不能证明各组分的浓度不再变化，无法判断是否达到平衡状态，故B错误；C．该反应属于气体质量减小的反应，而容器的体积不变，在恒容条件下，反应过程中混合气体的密度始终发生变化，所以混合气体的密度不变，证明各组分浓度不再变化，已经达到平衡状态，故C正确；D．该反应属于气体质量减小的反应，气体的物质的量也减小的反应，反应前后气体混合气体的平均相对分子质量可能变化，可能不变，不能说明达到平衡状态，故D错误；E．该反应是气体体积缩小的反应，若容器的压强不变，说明正逆反应速率相等，已经达到平衡状态，故E正确；故答案为：ABD；

（3）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O的平衡常数表达式为：K=，故答案为：K=；

（4）①根据图象可知，升高温度后反应二氧化碳的转化率增大，说明升高温度平衡向着正向移动，则正反应为吸热反应，所以△H3＞0，故答案为：＞；

②由于反应③为吸热反应，反应④为放热反应，所以在较低温度下，反应③的平衡转化率较小而反应④较大，故低温对反应④有利，二甲醚的产率较高，故答案为：低温；较低温度下，反应③的平衡转化率较小而反应④较大，所以低温对反应④有利，二甲醚的产率较高；

③反应④在503K时达到平衡，则从298K开始，二氧化碳的转化率逐渐增大，当温度达到503K时，二氧化碳的转化率达到最大，当温度大于503K后，二氧化碳的转化率会减小，则CO2转化率随温度升高的变化曲线为：，故答案为：。

考点：考查了盖斯定律的应用、化学平衡状态的判断、化学图象的分析等的相关知识。