Question

【題目】合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）是重要的化工原料，可利用合成氣在催化劑存在下直接制備二甲醚（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）工業(yè)上用CO2和H2在一定條件下反應(yīng)直接制備二甲醚，主反應(yīng)為： 2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

①要使該反應(yīng)速率和產(chǎn)率都增大，應(yīng)該采取的措施是__________，減少副反應(yīng)，大幅度提高二甲醚在產(chǎn)物中所占比率的關(guān)鍵因素是__________。

②一定條件下．上述主反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)后，若改變反應(yīng)的某一個(gè)條件，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)的是__________（單選，填標(biāo)號(hào)）。

a．逆反應(yīng)速率先增大后減小 b．H2的轉(zhuǎn)化率增大

c．反應(yīng)物的體積百分含量減小 d．容器中的變小

③在某壓強(qiáng)下，制備二甲醚的反應(yīng)在不同溫度、不冋投料比時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率如圖（a)所示。T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入10L的密閉容器中， 5 min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則05 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=_____________；KA、 KB、 KC三者之間的大小關(guān)系為_______________。

（2）在適當(dāng)條件下由CO和H2直接制備二甲醚，另一產(chǎn)物為水蒸氣。

①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_________________。

②co的轉(zhuǎn)化率、二甲醚的產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖（b）所示，請(qǐng)解釋溫度低于290℃時(shí)， CO轉(zhuǎn)化率較高而CH3OCH3產(chǎn)率較低的原因可能是___________。

（3）用甲醇，二甲醚混合液與CO在催化劑條件下還可合成醋酸。常溫下，醋酸的Ka=1.8×10-5，向 0.1 mol/L 醋酸溶液中滴加NaOH溶液至=時(shí)，混合溶液的pH=__________，醋酸鈉水解反應(yīng)的平衡常數(shù)值為__________。

Answer 1

【答案】 加壓 催化劑 b 0.036mol·L－1·min－1 KA＝KC＞KB 2CO(g)＋4H2(g)==CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7kJ·mol－1 CO的轉(zhuǎn)化均為放熱反應(yīng)，溫度較低時(shí)轉(zhuǎn)化率較高，但CO轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物較多，轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物較少 5 5.6×10-10

【解析】（1）①已知：ⅰ、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.0kJ·mol-1，ⅱ、2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H3=-24.5 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知ⅰ×2+ⅱ即得到2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5 kJ·mol-1，即該反應(yīng)是放熱的體積減小的可逆反應(yīng)，所以要使該反應(yīng)速率和產(chǎn)率都增大，應(yīng)該采取的措施是加壓，減少副反應(yīng)，大幅度提高二甲醚在產(chǎn)物中所占比率的關(guān)鍵因素是催化劑。②a．逆反應(yīng)速率先增大后減小說明平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，a錯(cuò)誤；b．H2的轉(zhuǎn)化率增大說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)，b正確；c．反應(yīng)物的體積百分含量減小平衡不一定向正反應(yīng)方向進(jìn)行，c錯(cuò)誤；d．容器中的變小平衡不一定向正反應(yīng)方向進(jìn)行，d錯(cuò)誤，答案選b；③T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入10L的密閉容器中，根據(jù)圖像可知平衡時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率是0.6，則消耗CO2是3.6mol，生成二甲醚是1.8mol，濃度是0.18mol/L，所以05 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)=0.18mol/L÷5min＝0.036mol·L－1·min－1；正反應(yīng)放熱，溫度越低CO2轉(zhuǎn)化率越高，平衡常數(shù)越大，溫度是T1＜T2，由于平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)系，所以KA、 KB、 KC三者之間的大小關(guān)系為KA＝KC＞KB。（2）①己知：ⅲ、2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5 kJ·mol-1，ⅳ、CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知ⅲ+ⅳ×2即得到熱化學(xué)方程式是2CO(g)＋4H2(g)＝CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7kJ·mol－1。②由于CO的轉(zhuǎn)化均為放熱反應(yīng)，溫度較低時(shí)轉(zhuǎn)化率較高，但CO轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物較多，所以轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物較少；（3）根據(jù)醋酸的電離平衡常數(shù)表達(dá)式可知c(H+)= ＝10－5mol/L，所以混合溶液的pH=5，醋酸鈉水解反應(yīng)的平衡常數(shù)值為＝5.6×10-10。