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【题目】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)。

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

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

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__________;若想减少副反应,大幅度提高二甲醚在产物中所占比率的关键因素是__________

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v(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________________________________

【答案】适当增大压强 选择合适的催化剂 b 0.036 mol·L-1·min-1 KAKCKB 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,即平衡向正反应方向进行,据此分析;

②a.逆反应速率先增大后减小,可能是增大生成物浓度,平衡逆向移动;

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,平衡逆向移动;

d.容器中的变小,可能是减小二氧化碳物质的量,平衡逆向移动;

③T1温度下,将6molCO2和12molH2充入10L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%,则生成CH3OCH3的物质的量为6mol× 60%×1/2= 1.8mol,平衡常数仅与温度有关,温度不变,平衡常数不变。

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

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

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

①×2-②×2+③得2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.7 kJ·mol-1,据此分析;

②.CO的转化均为放热反应,温度较低时转化率较高,但CO转化为中间产物较多,转化为目标产物较少。

(1)①要使该反应速率和产率都增大,即平衡向正反应方向进行,故应该采取的措施是加压,向气体体积减小的方向移动,即向正反应方向进行;减少副反应,大幅度提高二甲醚在产物中所占比率的关键因素是催化剂, 故答案为:适当增大压强;选择合适的催化剂。

②a.逆反应速率先增大后减小,可能是增大生成物浓度,平衡逆向移动,故a错误;

b.H2的转化率增大,平衡一定正向移动, 故b正确;

c.反应物的体积百分含量减小,可能是增大生成物浓度,平衡逆向移动,故c错误;

d.容器中的变小,可能是减小二氧化碳物质的量,平衡逆向移动,故d错误;

故选b。

③T1温度下,将6molCO2和12molH2充入10L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%,则生成CH3OCH3的物质的量为6mol× 60%×1/2= 1.8mol,所以平均反应速率v(CH3OCH3)= 0.036 mol·L-1·min-1 ,平衡常数仅与温度有关,温度不变,平衡常数不变,所以KAKC,在相同投料比时,T1温度下二氧化碳转化率大,所以T1温度下正向进行程度比T2温度大,则KAKCKB,故答案为:0.036 mol·L-1·min-1KAKCKB

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

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

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

①×2-②×2+③得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原因可能是CO的转化均为放热反应,温度较低时转化率较高,但CO转化为中间产物较多,转化为目标产物较少。

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。

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成分

Si

Fe

Cu

Mn

Mg

Zn

Ti

Li

Al

含量

0.08

0.1

2.93.5

0.5

0.250.8

0.25

0.1

0.81.1

Bal

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t/min

2

4

7

9

n(Y)/mol

0.12

0.11

0.10

0.10

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