Question

【題目】二甲醚()是一種清潔能源，可由合成氣(、)來制備，反應原理如下：

反應Ⅰ：

反應Ⅱ：

回答下列問題：

(1)上述反應符合“原子經濟性”原則的是__________(填“反應Ⅰ”或“反應Ⅱ”)。

(2)圖中使曲線對應反應按曲線進行的措施是__________，由合成氣(、)制備的熱化學方程式為__________,該反應自發進行的條件為_________(填“低溫”或“高溫”)。

(3)模擬該制備原理，起始時在某容器中充入和合成，平衡時混合物中氫氣的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示：

①下列有關說法能夠證明恒溫恒壓時，反應 一定達到平衡狀態的是__________(填序號)。

.和的轉化率相等

.反應體系中混合氣體密度保持不變

.的值保持不變

.反應體系壓強保持不變

②圖中________(填“>”“<”或“=”)；理由是____________。

③在、兩點對應的條件下，該反應從開始到平衡時生成二甲醚的平均速率：_____。

④點對應的_______(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)。

Answer 1

【答案】反應I 加催化劑 低溫 ＞ 該反應是放熱反應，升高溫度平衡逆移，的體積分數增大，故 ＜

【解析】

(1)綠色化學原子經濟性就是要求原料物質中的所有原子完全被利用，全部轉入期望的產物中，原子利用率100%，對應的反應類型為化合反應、加成反應等；

(2)圖中使曲線對應反應按曲線，反應的活化能降低；根據G=H-TS＜0時反應能自發進行分析；

(3) a．恒溫恒壓時，反應2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)的起始投料為2mol和4mol，而反應中消耗的和的物質的量之比為1:2；

b．混合氣體密度ρ=，因反應前后都是氣體，遵循質量守恒，反應條件是恒溫恒壓，根據反應前后氣體體積變化分析；

c．反應中氫氣的濃度和甲醚的濃度都在不斷變化，當的值保持不變時，反應達到平衡狀態；

d．恒壓條件下，反應體系壓強始終保持不變；

②結合圖像根據溫度對反應平衡移動的影響分析；

③結合圖像，根據壓強對平衡移動的影響分析判斷；

④已知起始時在容器中充入和合成，設達到平衡時CO轉化了2xmol，列“三段式”：

根據B點的氫氣體積分數為40%，則×100%=40%，則x=，結合平衡時壓強與物質的量關系計算平衡常數。

(1)反應Ⅰ是化合反應，原子利用率為100%，符合“原子經濟性”原則；

(2)圖中使曲線對應反應按曲線，反應的活化能降低，加入催化劑可以達到此效果；由圖可知，反應Ⅰ的H1=-(510-419)kJ/mol=-91kJ/mol，則由合成氣制備甲醇的熱化學方程式為：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) H1=-91kJ/mol；反應Ⅰ是放熱反應，，又，根據G=H-TS＜0時反應能自發進行，故該反應自發進行的條件為低溫；

(3) a．恒溫恒壓時，反應2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)的起始投料為2mol和4mol，而反應中消耗的和的物質的量之比為1:2，故反應過程中和的轉化率始終相等，不能判斷反應達到平衡狀態，故a錯誤；

b．混合氣體密度ρ=，因反應前后都是氣體，質量守恒，又由于反應條件是恒溫恒壓，隨著反應進行，反應體系的體積在不斷變化，故當體系中混合氣體的密度保持不變時，反應達到平衡狀態，故b正確；

c．反應中氫氣的濃度和甲醚的濃度都在不斷變化，當的值保持不變時，反應達到平衡狀態，故c正確；

d．恒壓條件下，反應體系壓強始終保持不變，不能作為判斷反應是否達到平衡狀態的依據，故d錯誤；

答案選bc；

②由圖可知，壓強為p1kPa時，在T1溫度下平衡時氫氣的體積分數大于在T2溫度下平衡時氫氣的體積分數，結合反應的H＜0，該反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，的體積分數增大，可推知T1＞T2；

③在、兩點對應的反應條件不同，B點溫度高，壓強大，化學反應速率快，故反應從開始到平衡時生成二甲醚的平均反應速率＜；

④已知起始時在容器中充入和合成，設達到平衡時CO轉化了2xmol，列“三段式”：

由圖所示，B點的氫氣體積分數為40%，則×100%=40%，則x=，則平衡時CO的物質的量為2-2×=mol，H2的物質的量為4-4×=mol，CH3OCH3的物質的量為mol，H2O的物質的量為mol，平衡時體系的總物質的量為mol+mol+mol+mol=mol，則點對應的Kp==。