Question

CO₂的转化一直是全球研究的热点，其中将CO₂和H₂合成甲醇及二甲醚具备相对成熟的技术。工业生产中，有以下相关反应(热效应都是在25 ℃，1.01×10⁵Pa下测定)：

①CO₂(g) ＋ 3H₂(g) CH₃OH(l) ＋ H₂O(l)  ΔH ＝－49.01 kJ·mol^－1

②2CH₃OH(l) CH₃OCH₃(g) ＋ H₂O(l)  ΔH ＝－24.52 kJ·mol^－1

③CO(g) ＋ H₂O(l) CO₂(g) ＋ H₂(g)  ΔH ＝ －41.17 kJ·mol^－1

(1)工业上用CO₂和H₂合成二甲醚的热化学方程式为_____________________________________。

(2)反应①的平衡常数表达式K＝____________。

(3)在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇发生如②式化学反应并建立平衡，以下说法正确并可以作为该反应达到平衡状态的判断依据的是__________(填字母)。

A．容器内气体相对分子质量保持不变

B. 容器内气体压强不变

C．相同时间内消耗甲醇的量是消耗二甲醚的两倍

D．甲醇和二甲醚物质的量相等

(4)在三个体积相同的密闭容器中加入相同物质的量的CO和H₂O，在不同温度下发生反应③，经过相同时间后测得容器中的CO物质的量与温度的关系如下图：

Ⅰ.A、C两点的速率大小v(A)________(填“大于”“小于”“等于”或“无法判断”)v(C)。

Ⅱ.请解释曲线中CO的物质的量先减小后增大的原因______________________________________________。

(5)一定量的CO₂和H₂在一密闭容器中发生反应①，下图是容器内CO₂的百分含量随着外界条件改变的变化曲线图，请补充完整(t₁时刻升温；t₂时刻添加催化剂)。__________________

Answer

2CO2(g) ＋ 6H2(g) CH3OCH3(g) ＋ 3H2O(l) ΔH＝－122.54 kJ·mol－1 BC 小于 .B容器的反应温度比A容器高，反应速率快，在相同时间内消耗掉CO多，而C容器中温度高，速率快，反应达到平衡后随温度上升平衡逆向移动，CO的量增大

【解析】（1）已知①CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(l) + H2O(l) △H＝－49.01kJ/mol

②2CH3OH(l)CH3OCH3(g) + H2O(l) △H＝－24.52kJ/mol

则根据盖斯定律可知①×2+②即得到工业上用CO2和H2合成二甲醚的热化学方程式为2CO2(g) + 6H2(g)CH3OCH3(g) + 3H2O(l) △H＝－122.54kJ/mol。（2）根据方程式可知反应①的平衡常数表达式K=1/c(CO2)·c3(H2)。（3）A．容器内气体只有二甲醚，相对分子质量一直保持不变，A错误；B．正反应体积增加，容器内气体压强不变说明反应达到平衡状态，B正确；C．相同时间内消耗甲醇的量是消耗二甲醚的两倍，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，C正确；D．甲醇和二甲醚物质的量相等不能说明正逆反应速率相等，所以不能证明达到了化学平衡状态，D错误，答案选BC。（4）Ⅰ．C点温度高于A点，则A、C两点的速率大小v(A)小于v(C)。由于B容器的反应温度比A容器高，反应速率快，在相同时间内消耗掉CO多，而C容器中温度高，速率快，反应达到平衡后随温度上升平衡逆向移动，CO的量增大，因此曲线中CO的物质的量先减小后增大。（5）t1时升高温度，平衡向正反应方向移动，CO2的百分含量增加，图象为。