Question

【题目】二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2，具有无毒、无刺激性等优点。回答下列问题：

(1) CH3OCH3和O2发生反应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则反应Ⅰ的△H=_________________ (用含a、b、c的代数式表示)。

②保持温度和压强不变，分别按不同进料比通入CH3OCH3和O2，发生反应Ⅰ。测得平衡时H2的体积百分含量与进料气中的关系如图(a)所示。当>0.6时，H2的体积百分含量快速降低，其最主要原因是_____填标号。

a 过量的O2起稀释作用

b 过量的O2与H2发生副反应生成H2O

c >0.6时平衡向逆反应方向移动

(2)T℃时，在刚性反应器中通入CH3OCH3，发生反应Ⅱ：CH3OCH3(g) =CO(g)+H2(g)+CH4(g) △H>0，测得容器内初始压强为41.6kPa，反应过程中反应速率v(CH3OCH3)、时间t与分压P(CH3OCH3)的关系如图(b)所示。

①t=400s时，CH3OCH3的分解率α=______(保留2位有效数字)；

②反应速率满足v(CH3OCH3)=k Pn(CH3OCH3)，n=_____，k=______s-1；400s时v(CH3OCH3)=___________kPa·s-1。

③一段时间后反应达到平衡，测得体系的总压强为121.6 kPa，则该反应的平衡常数Kp=_____kPa2。

④若提高该刚性反应器的温度，再次达到平衡后体系的压强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 温度提高，体积不变，总压强提高;反应Ⅱ为吸热反应，温度提高，平衡右移，体系物质的量增加，总压强提高

【解析】

CH3OCH3和O2发生反应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，根据盖斯定律①+②﹣③×2计算得反应Ⅰ：CH3OCH3(g)+O2 (g)═2CO(g)+3H2(g)的焓变△H；

②当＞0.6时，H2的体积百分含量快速降低的原因可能是氧气和氢气发生了反应；

(2)①t＝400s时，CH3OCH3分压P(CH3OCH3)＝35.0kPa，测得容器内初始压强为41.6 kPa，转化率＝×100%＝×100%；

②反应速率满足v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)，将(10.0，4.4)和(30.0，13.2)两点数值代入v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)中，计算k、n，进而得到v(CH3OCH3)与P(CH3OCH3)的关系式，最后计算400s时的v(CH3OCH3)；

③达到平衡时，测得体系的总压强P总＝121.6 kPa，结合三行计算得到物质的量和各物平衡分压，代入反应的平衡常数Kp＝中计算Kp；

④升高温度，气体体积不变，总压强增大，同时反应Ⅱ：CH3OCH3(g)═CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H＞0，所以升高温度，平衡正向移动，气体的物质的量增大，气体的压强增大。

(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，根据盖斯定律①+②﹣③×2计算反应Ⅰ：CH3OCH3(g)+O2 (g)═2CO(g)+3H2(g)的焓变△H＝(a+b﹣2c)KJ/mol；

②由图象分析可知，当＞0.6时，H2的体积百分含量快速降低的原因可能是：过量的O2与H2发生副反应生成H2O，故答案为：b；

(2)①t＝400 s时，CH3OCH3分压P(CH3OCH3)＝35.0kPa，测得容器内初始压强为41.6 kPa，转化率＝×100%＝16%；

②反应速率满足v(CH3OCH3)＝kPn(CH3OCH3)，将(10.0，4.4)和(30.0，13.2)两点数值代入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时，P(CH3OCH3)＝35.0KPa，则v(CH3OCH3)＝0.00044×35.0＝0.0154kPa/s；

③达到平衡时，测得体系的总压强P总＝121.6 kPa，结合三行计算得到物质的量，设CH3OCH3物质的量为1mol，反应消耗甲醚物质的量为x，

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

起始量(mol) 1 0 0 0

变化量(mol) x x x x

平衡量(mol) 1﹣x x x x

根据气体的压强之比等于气体物质的量之比有(1+2x)：1＝121.6：41.6，解得x＝0.96mol，1﹣x＝0.04mol，气体总物质的量＝1+2x＝2.92mol，Kp＝kPa2≈40000kPa2，故答案为：40000；

④升高温度，气体体积不变，总压强增大，同时反应Ⅱ：CH3OCH3(g)═CO(g)+H2(g)+CH4(g)△H＞0并且气体体积增大，所以升高温度，平衡正向移动，气体的物质的量增大，气体的压强增大。