Question

【題目】二甲醚（DME）被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”。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)。

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__________________________________；。

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)的某一個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動的是__________(填標(biāo)號)。

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、不同投料比時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υ(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，請解釋290℃后升高溫度，CH3OCH3產(chǎn)率逐漸走低的原因可能是________________________________。

Answer 1

【答案】適當(dāng)增大壓強(qiáng) 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 生成二甲醚的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，產(chǎn)率降低

【解析】

（1）①要使該反應(yīng)速率和產(chǎn)率都增大，則該條件可以使反應(yīng)速率加快，也可以使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，據(jù)此進(jìn)行分析；

②a．逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度；

b．H2的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動；

c．反應(yīng)物的體積百分含量減小，可能是增大生成物濃度等；

d．容器中的值變小，可能是減小二氧化碳的物質(zhì)的量；

③T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入2L的密閉容器中，由圖象可知，5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%，計算CO2的消耗量，再計算二甲醚的生成量，根據(jù)υ=計算平均反應(yīng)速率；平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，且在相同投料比時，T1溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大，所以T1溫度下較T2溫度下正向進(jìn)行程度大，平衡常數(shù)較大，據(jù)此解答；

（2）①根據(jù)已知信息先寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，再根據(jù)蓋斯定律和已知熱化學(xué)方程式進(jìn)行計算；

②生成二甲醚的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，產(chǎn)率降低。

（1）①根據(jù)蓋斯定律以及主反應(yīng)方程式2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)可知，該反應(yīng)可由反應(yīng)①×2+③求得，則該反應(yīng)的△H=2△H1+△H3 = -49.0kJ·mol-1×2 - 24.5 kJ·mol-1= -122.5 kJ·mol-1，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且主反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積減小的反應(yīng)，若要使產(chǎn)率增大，則需使平衡向右移動，可采取的措施為降溫或增壓，同時要使反應(yīng)速率增大，則應(yīng)該采取的措施為：適當(dāng)增大壓強(qiáng)；

故答案為：適當(dāng)增大壓強(qiáng)；

②逐項(xiàng)分析可知：

a. 逆反應(yīng)速率先增大后減小，采取的措施可以是增大生成物濃度，平衡可以向逆反應(yīng)方向移動，a項(xiàng)錯誤；

b.H2的轉(zhuǎn)化率增大，說明同初始原料量的情況下H2已反應(yīng)的量增大，能夠說明平衡一定向正反應(yīng)方向移動，b項(xiàng)正確；

c.反應(yīng)物的體積百分含量減小，采取的措施可以是增大生成物濃度，則平衡可以向逆反應(yīng)方向移動，c項(xiàng)錯誤；

d.容器中的變小，采取的措施可以是保證H2物質(zhì)的量不變的情況下，減小CO2物質(zhì)的量，則平衡可以向逆反應(yīng)方向移動，d項(xiàng)錯誤；

故答案為：b；

③由圖可知，T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入密閉容器中，投料比，則CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則參與反應(yīng)的CO2物質(zhì)的量為n(CO2)= 6mol×60%=3.6mol，則生成二甲醚的物質(zhì)的量為n(CH3OCH3)=1.8mol，則0~5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率υ(CH3OCH3)=1.8mol÷10L÷5min=0.036mol/(L·min)；同一可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度相同平衡常數(shù)相同，A和C同在T1曲線上，KA＝KC，在投料比相同的情況下，T2溫度下B點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率小于T1溫度下的轉(zhuǎn)化率，則T2溫度平衡常數(shù)較小，KA=KC>KB；

故答案為：0.036 mol·L-1·min-1；；KA＝KC＞KB；

（2）①根據(jù)已知條件，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，根據(jù)蓋斯定律知，將①×2-②×2+③得該反應(yīng)的△H=2△H1-2△H2+△H3，代入數(shù)據(jù)可知，△H=-204.7 kJ·mol-1，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol-1；

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

②分析圖像可知，290℃后升高溫度，CH3OCH3產(chǎn)率逐漸降低，由前述可知，生成二甲醚的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，產(chǎn)率降低；

故答案為：生成二甲醚的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆移，產(chǎn)率降低。