Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2，具有無(wú)毒、無(wú)刺激性等優(yōu)點(diǎn)。回答下列問(wèn)題：

(1) CH3OCH3和O2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ： CH3OCH3(g)+O2 (g) =2CO(g)+3H2(g) △H

己知：CH3OCH3(g) =CO(g)+H2(g)+CH4(g) △H= a kJ/mol

CH4(g) +O2 (g) = CO(g)+2H2O(g) △H= b kJ/mol

H2(g)+O2 (g) = H2O(g) △H= c kJ/mol

①則反應(yīng)Ⅰ的△H=_________________ (用含a、b、c的代數(shù)式表示)。

②保持溫度和壓強(qiáng)不變，分別按不同進(jìn)料比通入CH3OCH3和O2，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ。測(cè)得平衡時(shí)H2的體積百分含量與進(jìn)料氣中的關(guān)系如圖(a)所示。當(dāng)>0.6時(shí)，H2的體積百分含量快速降低，其最主要原因是_____填標(biāo)號(hào)。

a 過(guò)量的O2起稀釋作用

b 過(guò)量的O2與H2發(fā)生副反應(yīng)生成H2O

c >0.6時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

(2)T℃時(shí)，在剛性反應(yīng)器中通入CH3OCH3，發(fā)生反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3(g) =CO(g)+H2(g)+CH4(g) △H>0，測(cè)得容器內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為41.6kPa，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)速率v(CH3OCH3)、時(shí)間t與分壓P(CH3OCH3)的關(guān)系如圖(b)所示。

①t=400s時(shí)，CH3OCH3的分解率α=______(保留2位有效數(shù)字)；

②反應(yīng)速率滿足v(CH3OCH3)=k Pn(CH3OCH3)，n=_____，k=______s-1；400s時(shí)v(CH3OCH3)=___________kPa·s-1。

③一段時(shí)間后反應(yīng)達(dá)到平衡，測(cè)得體系的總壓強(qiáng)為121.6 kPa，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_____kPa2。

④若提高該剛性反應(yīng)器的溫度，再次達(dá)到平衡后體系的壓強(qiáng)P_____121.6 kPa（填“大于”、“等于”或“小于”），原因是________。

Answer 1

【答案】(a+b-2c)kJ/mol b 16% 1 0.00044 0.0154 40000 大于 溫度提高，體積不變，總壓強(qiáng)提高;反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，溫度提高，平衡右移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)提高

【解析】

CH3OCH3和O2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ： CH3OCH3(g)+O2 (g) =2CO(g)+3H2(g) △H

己知：CH3OCH3(g) =CO(g)+H2(g)+CH4(g) △H= a kJ/mol

CH4(g) +O2 (g) = CO(g)+2H2O(g) △H= b kJ/mol

H2(g)+O2 (g) = H2O(g) △H= c kJ/mol

(1)①①CH3OCH3(g)═CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H＝a kJ/mol，②CH4(g) +O2 (g) = CO(g)+2H2O(g) △H＝b kJ/mol，③H2(g)+O2 (g) = H2O(g) △H＝c kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律①+②﹣③×2計(jì)算得反應(yīng)Ⅰ：CH3OCH3(g)+O2 (g)═2CO(g)+3H2(g)的焓變△H；

②當(dāng)＞0.6時(shí)，H2的體積百分含量快速降低的原因可能是氧氣和氫氣發(fā)生了反應(yīng)；

(2)①t＝400s時(shí)，CH3OCH3分壓P(CH3OCH3)＝35.0kPa，測(cè)得容器內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為41.6 kPa，轉(zhuǎn)化率＝×100%＝×100%；

②反應(yīng)速率滿足v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)，將(10.0，4.4)和(30.0，13.2)兩點(diǎn)數(shù)值代入v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)中，計(jì)算k、n，進(jìn)而得到v(CH3OCH3)與P(CH3OCH3)的關(guān)系式，最后計(jì)算400s時(shí)的v(CH3OCH3)；

③達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得體系的總壓強(qiáng)P總＝121.6 kPa，結(jié)合三行計(jì)算得到物質(zhì)的量和各物平衡分壓，代入反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝中計(jì)算Kp；

④升高溫度，氣體體積不變，總壓強(qiáng)增大，同時(shí)反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3(g)═CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H＞0，所以升高溫度，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增大，氣體的壓強(qiáng)增大。

(1)①CH3OCH3(g)═CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H＝a kJ/mol，②CH4(g) +O2 (g) = CO(g)+2H2O(g) △H＝b kJ/mol，③H2(g)+O2 (g) = H2O(g) △H＝c kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律①+②﹣③×2計(jì)算反應(yīng)Ⅰ：CH3OCH3(g)+O2 (g)═2CO(g)+3H2(g)的焓變△H＝(a+b﹣2c)KJ/mol；

②由圖象分析可知，當(dāng)＞0.6時(shí)，H2的體積百分含量快速降低的原因可能是：過(guò)量的O2與H2發(fā)生副反應(yīng)生成H2O，故答案為：b；

(2)①t＝400 s時(shí)，CH3OCH3分壓P(CH3OCH3)＝35.0kPa，測(cè)得容器內(nèi)初始?jí)簭?qiáng)為41.6 kPa，轉(zhuǎn)化率＝×100%＝16%；

②反應(yīng)速率滿足v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)，將(10.0，4.4)和(30.0，13.2)兩點(diǎn)數(shù)值代入v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)中有：10.0nk＝4.4×10﹣3，30.0nk＝13.2×10﹣4，解得k＝0.00044、n＝1，所以v(CH3OCH3)＝0.00044P(CH3OCH3)，400 s時(shí)，P(CH3OCH3)＝35.0KPa，則v(CH3OCH3)＝0.00044×35.0＝0.0154kPa/s；

③達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得體系的總壓強(qiáng)P總＝121.6 kPa，結(jié)合三行計(jì)算得到物質(zhì)的量，設(shè)CH3OCH3物質(zhì)的量為1mol，反應(yīng)消耗甲醚物質(zhì)的量為x，

CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)

起始量(mol) 1 0 0 0

變化量(mol) x x x x

平衡量(mol) 1﹣x x x x

根據(jù)氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比有(1+2x)：1＝121.6：41.6，解得x＝0.96mol，1﹣x＝0.04mol，氣體總物質(zhì)的量＝1+2x＝2.92mol，Kp＝kPa2≈40000kPa2，故答案為：40000；

④升高溫度，氣體體積不變，總壓強(qiáng)增大，同時(shí)反應(yīng)Ⅱ：CH3OCH3(g)═CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H＞0并且氣體體積增大，所以升高溫度，平衡正向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增大，氣體的壓強(qiáng)增大。