Question

5．合成气（CO+H₂）是一种重要的化工原料，在化工生产中具有十分广泛的用途．下图是以天然气为主要原料制备合成气，并用合成气生产甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及炼铁的一种工艺流程：

（1）在用合成气炼铁的流程中，向燃烧室通入甲烷与氧气的最佳体积配比V（CH₄）：V（O₂）为1：2．
（2）尾气Y的成分与合成气的配比有关，则合成二甲醚时所发生的反应可能有2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O、3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂．
（3）在催化反应室中所发生的反应为可逆反应，则低压（填“高压”或“低压”）有利于合成气的合成．
（4）以Cu₂O/ZnO为催化剂，由合成气合成甲醇可在一定温度和压强下自发进行，则反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在高温、低压条件下一定不能自发进行．为探究合成甲醇的适宜温度和压强，某同学设计了如下三组实验：

实验编号	n（H 2）/n（CO）	T/℃	P/MPa
i	m1	250	1
ii	3	T1	5
iii	m2	350	P1

则T₁=250，P₁=5．

Answer 1

分析 （1）根据甲烷与氧气反应方程式，甲烷与氧气的最佳体积配比应与反应方程式中的计量数一致；
（2）以CO、H₂为原料生成二甲醚，同时生成二氧化碳或水，根据原子守恒书写；
（3）在催化反应室中所发生的反应为可逆反应，催化反应室中发生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），根据压强对平衡移动的影响判断；
（4）根据△G=△H-T△S判断反应不能自发的条件，采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，据此判断T₁、P₁的值．

解答 解：（1）甲烷在点燃条件下燃烧生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O，所以最佳体积配比V（CH₄）：V（O₂）为1：2；
故答案为：1：2；
（2）以CO、H₂为原料生成二甲醚，同时生成二氧化碳或水，根据原子守恒书写其反应的方程式为：2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O、3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂；
故答案为：2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O、3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂；
（3）催化反应室中发生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），加压平衡逆向移动，甲烷转化率减小，所以在低压条件下有利于合成气的合成，
故答案为：低压；
（4）反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，△S＜0，△H＜0，根据△G=△H-T△S可知，在高温、低压条件下该反应不能自发，采取控制变量法，探究合成甲醇的温度和压强的适宜条件，所以要控制温度相同比较压强对反应的影响，和控制压强相同比较温度对反应的影响，故T₁=250，P₁=5，
故答案为：高温、低压；250；5．

点评 本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．