Question

【题目】由煤制合成气（组成为H2、CO和CO2）制备甲醇或二甲醚是我国保障能源安全战略的重要措施。

（1）以澄清石灰水、无水硫酸铜、浓硫酸、灼热氧化铜为试剂检验合成气中含有H2、CO和CO2三种气体，所选用试剂及使用顺序为_______________________。

（2）制备甲醇(CH3OH)、二甲醚(CH3OCH3)主要过程包括以下四个反应：

①由H2 和CO可直接制备二甲醚：2CO(g)+ 4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=_____________。

分析上述反应（均可逆），二甲醚合成反应对于CO转化率的影响是_____________（填“增大”“ 减小”或“无影响”），其理由是______________________。

②有研究者用Cu -Zn –Al和Al2O3作催化剂。在压强为5.0Mpa的条件下，由合成气[=2]直接副备二甲醚，结果如图所示。

290℃时二甲醚的选择性(选择性=×100% 10)为97.8%，则290 ℃时二甲醚的产率为_______________________。

（3）在一个固定容积的密闭容器中，发生水煤气变换反应。

①下列各项能判断该反应已达到化学平衡状态的是________________（填字母）。

a.容器中压强不变 b. ΔH不变 c.V正(H2 )=v逆(CO) d.CO的质量分数不变

②温度为850℃时，该反应的平衡常数K=1，反应过程中各物质的浓度变化如下表：

时间/min	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	c1	c2	c3	c4
4	c1	c2	c3	c4
5	0.065	0.21	0.125

0~4 min时，H2O(g)的转化率=______。表中4~5 min之间数值发生变化，可能的原因是___________

（填字母）。

a增加水蒸气 b.降低温度 c.使用催化剂 d.增加氢气浓度

Answer 1

【答案】 澄清石灰水→浓硫酸→灼热氧化铜→硫酸铜→澄清石灰水 -204.7KJ·mol-1 增大 甲醇的量减小，水蒸气的量增大，平衡正向移动 78.24％ cd 40% a

【解析】（1）以澄清石灰水无水硫酸铜、浓硫酸、灼热氧化铜为试剂检验合成气中含有H2、CO和CO2三种气体，首先用澄清石灰变浑浊检验CO2，再用浓硫酸干燥混合气体，干燥后的气体在通入灼热氧化铜，用无水硫酸铜变蓝检验是否生成水，检验H2，再把出来的气体再通入澄清石灰水是否变浑浊，检验CO。结合上述分析所选用试剂及使用顺序为：澄清石灰水→浓硫酸→灼热氧化铜→水硫酸铜→澄清石灰水。

（1）①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-90.1kJ·mol-1
④2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4=-24.5kJ·mol-1依据盖斯定律①×2+④得到：2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g）△H=-204.7kJ·mol-1；二甲醚合成反应④对于CO转化率的影响，消耗甲醇，促进甲醇合成反应①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）平衡右移，CO转化率增大。本题答案：-204.7KJ·mol-1 增大. 甲醇的量减小，水蒸气的量增大，平衡正向移动 。

②290℃时CO转化率为80%，二甲醚的选择性(选择性=×100% 10)为97.8%，则290 ℃时二甲醚的产率为80%97.8%=78.24％。本题正确答案： 78.24％。

（3）①由CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，a、反应前后气体系数之和相等，因此压强不变，不能说明反应达到平衡，故a错误；b、△H只与始态和终态有关，因此△H始终不变，不能说明反应达到平衡，故b错误；c、用不同物质反应速率判断达到化学平衡，要求反应方向是一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，v正(H2)说明反应向正反应方向进行，v逆(CO)说明反应向逆反应方向进行，两者之比等于1：1，说明反应达到平衡，故c正确；d、根据化学平衡状态的定义，当组分的浓度不再改变，说明反应达到平衡，故d正确；本题正确答案：c d。

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始：0.2 0.3 0 0
变化：x x x x
平衡：0.2－x 0.3－x x x
根据平衡常数的表达式，K=c(CO2)×c(H2)/[c(CO)×c(H2O)]=x2/[(0.2－x)×(0.3－x)]=1，解得x=0.12，则水蒸气的转化率为0.12/0.3×100%=40%；

CO的浓度降低，而水蒸气的浓度增大，说明增加水蒸气的量，故选项a正确。