Question

中國(guó)科學(xué)院大連物理研究所的“甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術(shù)”獲2014年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)，該技術(shù)是先由煤氣化制取合成氣，再由合成氣制取甲醇．
（1）煤氣化包含一系列化學(xué)反應(yīng)，已知：
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ?mol^-1，
C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ?mol^-1；
則反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的△H₃=

 

kJ?mol^-1；
（2）以投料比

n(H2)

n(CO)

=2制取甲醇，發(fā)生反應(yīng)，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H，溫度、壓強(qiáng)與CO的平衡轉(zhuǎn)化率關(guān)系如下圖所示：
①△H

 

0，P₁

 

P₂，（填“＞”或“＜”）
②5MPa、200℃時(shí)，M點(diǎn)的V_正

 

（填“＞”或“＜”或“=”）V_逆．
③N點(diǎn)CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.8，此時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．
④若提高起始時(shí)的投料比[

n(H2)

n(CO)

]，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率將

 

（填”增大““減小”或“不變”）．
⑤實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大多采用的條件為5MPa和230～270℃，由下表可知其優(yōu)點(diǎn)是

 

．

方法	催化劑	條件		備注	特點(diǎn)
		壓力/MPa	溫度/℃
高壓法	ZnO-Cr2O3 二元催化劑	25-30	380-400	1924年工業(yè)化	（1）催化劑不易中毒，再生困難 （2）副反應(yīng)多
低壓法	CuO-ZnO-Al2O3 三元催化劑	5	230-270	1966年工業(yè)化	（1）催化劑易中毒，再生容易 （2）副反應(yīng)少

（3）對(duì)于甲醇制乙烯的反應(yīng)2CH₃OH（g）=C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1kJ?mol^-1，提高甲醇的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是

 

（任寫(xiě)兩條）

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專(zhuān)題：

分析：（1）利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；
（2）①分析圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行分析反應(yīng)能量變化；
增大壓強(qiáng)，平衡向著氣體體積減小的方向移動(dòng)；
②5MPa、200℃時(shí)，M點(diǎn)在平衡曲線的上方，故應(yīng)向CO轉(zhuǎn)化率減小的方向移動(dòng)，即平衡逆向移動(dòng)；
③列出Kp表達(dá)式，利用三段法計(jì)算平衡分壓帶入表達(dá)式計(jì)算即可；
④增大氫氣的濃度，平衡正向移動(dòng)；
⑤由表可知其優(yōu)點(diǎn)是：1、壓強(qiáng)低，對(duì)設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少；
（3）為提高甲醇的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向進(jìn)行；減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；分離出乙烯，平衡正向移動(dòng)．

解答： 解：（1）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ?mol^-1，①
C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ?mol^-1；②
由①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），△H₃=-40.7kJ?mol^-1；
故答案為：-40.7；
（2）①由圖象可知，一氧化碳轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，說(shuō)明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0；
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故P₁＞P₂，
故答案為：＜，＞；
②5MPa、200℃時(shí)，M點(diǎn)在平衡曲線的上方，故應(yīng)向CO轉(zhuǎn)化率減小的方向移動(dòng)，即平衡逆向移動(dòng)，故V_正＜V_逆；
故答案為：＜；
③設(shè)氫氣的物質(zhì)的量為2xmol，則CO的物質(zhì)的量為xmol，
      CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），
起始：x      2x
轉(zhuǎn)化：y      2y         y
平衡：x-y     2x-2y      y
CO的平衡轉(zhuǎn)化率=

y

x

=0.8，y=0.8x
則CO的物質(zhì)的量為0.2x，氫氣的物質(zhì)的量為0.4x，CH₃OH的物質(zhì)的量為0.8x，總的物質(zhì)的量為1.4x，
CO占

0.2x

1.4x

=

1

7

，氫氣占

2

7

，甲醇占

4

7

，則CO的分壓為

1

7

×5=0.714MPa，氫氣的分壓為1.429MPa，甲醇的分壓為2.857MPa，
故Kp=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

2.857

0.714×1.429×1.429

=1.96（MPa）^-2，
故答案為：1.96（MPa）^-2；
④提高起始時(shí)的投料比[

n(H2)

n(CO)

]，相當(dāng)于增大氫氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率將增大，
故答案為：增大；
⑤由表可知其優(yōu)點(diǎn)是：1、壓強(qiáng)低，對(duì)設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少；
故答案為：1、壓強(qiáng)低，對(duì)設(shè)備要求不高；2、反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源；3、催化劑再生容易，副反應(yīng)少；
（3）為提高甲醇的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向進(jìn)行；減小壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；分離出乙烯，平衡正向移動(dòng)；
故答案為：降低溫度、分離出乙烯．

點(diǎn)評(píng)：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的影響因素、平衡常數(shù)的計(jì)算，反應(yīng)速率影響因素分析判斷知識(shí)，題目難度較大．