Question

【题目】二甲醚（DME）被誉为“21世纪的清洁燃料”。合成气(主要成分为CO、CO2和H2)是重要的化工原料，可利用合成气在催化剂存在下直接制备二甲醚(CH3OCH3)。

已知：① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

② CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

③ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

（1）工业上用CO2和H2在一定条件下反应直接制备二甲醚，主反应为：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

①要使该反应速率和产率都增大，应该采取的措施是__________________________________；。

②一定条件下，上述主反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是__________(填标号)。

a．逆反应速率先增大后减小 b．H2的转化率增大

c．反应物的体积百分含量减小 d．容器中的变小

③在某压强下，制备二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时CO2的转化率如图(a)所示。T1温度下，将6molCO2和12molH2充入10L的密闭容器中， 5 min后反应达到平衡状态，则05 min内的平均反应速率υ(CH3OCH3)=__________；KA、 KB、 KC三者之间的大小关系为___________。

（2）在适当条件下由CO和H2直接制备二甲醚，另一产物为水蒸气。

①该反应的热化学方程式是_______________________________。

②CO的转化率、二甲醚的产率与反应温度的关系如图(b)所示，请解释290℃后升高温度，CH3OCH3产率逐渐走低的原因可能是________________________________。

Answer 1

【答案】适当增大压强 b 0.036 mol·L-1·min-1 KA＝KC＞KB 2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol-1 生成二甲醚的反应是放热反应，温度升高，平衡逆移，产率降低

【解析】

（1）①要使该反应速率和产率都增大，则该条件可以使反应速率加快，也可以使平衡向正反应方向进行，据此进行分析；

②a．逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度；

b．H2的转化率增大，平衡一定正向移动；

c．反应物的体积百分含量减小，可能是增大生成物浓度等；

d．容器中的值变小，可能是减小二氧化碳的物质的量；

③T1温度下，将6molCO2和12molH2充入2L的密闭容器中，由图象可知，5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%，计算CO2的消耗量，再计算二甲醚的生成量，根据υ=计算平均反应速率；平衡常数仅与温度有关，温度不变，平衡常数不变，且在相同投料比时，T1温度下二氧化碳转化率大，所以T1温度下较T2温度下正向进行程度大，平衡常数较大，据此解答；

（2）①根据已知信息先写出反应的化学方程式，再根据盖斯定律和已知热化学方程式进行计算；

②生成二甲醚的反应是放热反应，温度升高，平衡逆移，产率降低。

（1）①根据盖斯定律以及主反应方程式2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)可知，该反应可由反应①×2+③求得，则该反应的△H=2△H1+△H3 = -49.0kJ·mol-1×2 - 24.5 kJ·mol-1= -122.5 kJ·mol-1，反应为放热反应，且主反应为反应前后气体体积减小的反应，若要使产率增大，则需使平衡向右移动，可采取的措施为降温或增压，同时要使反应速率增大，则应该采取的措施为：适当增大压强；

故答案为：适当增大压强；

②逐项分析可知：

a. 逆反应速率先增大后减小，采取的措施可以是增大生成物浓度，平衡可以向逆反应方向移动，a项错误；

b.H2的转化率增大，说明同初始原料量的情况下H2已反应的量增大，能够说明平衡一定向正反应方向移动，b项正确；

c.反应物的体积百分含量减小，采取的措施可以是增大生成物浓度，则平衡可以向逆反应方向移动，c项错误；

d.容器中的变小，采取的措施可以是保证H2物质的量不变的情况下，减小CO2物质的量，则平衡可以向逆反应方向移动，d项错误；

故答案为：b；

③由图可知，T1温度下，将6molCO2和12molH2充入密闭容器中，投料比，则CO2的转化率为60%，则参与反应的CO2物质的量为n(CO2)= 6mol×60%=3.6mol，则生成二甲醚的物质的量为n(CH3OCH3)=1.8mol，则0~5min内的平均反应速率υ(CH3OCH3)=1.8mol÷10L÷5min=0.036mol/(L·min)；同一可逆反应的平衡常数只与温度有关，温度相同平衡常数相同，A和C同在T1曲线上，KA＝KC，在投料比相同的情况下，T2温度下B点的转化率小于T1温度下的转化率，则T2温度平衡常数较小，KA=KC>KB；

故答案为：0.036 mol·L-1·min-1；；KA＝KC＞KB；

（2）①根据已知条件，该反应的化学方程式为：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，根据盖斯定律知，将①×2-②×2+③得该反应的△H=2△H1-2△H2+△H3，代入数据可知，△H=-204.7 kJ·mol-1，则该反应的热化学方程式为：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol-1；

故答案为：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol-1；

②分析图像可知，290℃后升高温度，CH3OCH3产率逐渐降低，由前述可知，生成二甲醚的反应是放热反应，温度升高，平衡逆移，产率降低；

故答案为：生成二甲醚的反应是放热反应，温度升高，平衡逆移，产率降低。