Question

（2013?紹興二模）二甲醚（DME）以其優(yōu)良的性質(zhì)，被稱為21世紀的新型“清潔能源”，近年來，二甲醚最為直接的應用是替代液化氣作民用燃料以及代替柴油作汽車燃料．二甲醚的生產(chǎn)方法也在不斷的研究中，現(xiàn)在主要有以下兩種生產(chǎn)方法．
方法一（液相兩步法）：第一步　CO+2H₂?CH₃OH     第二步 2CH₃OH?CH₃OCH₃+H₂O
方法二（液相一步法）：將甲醇的合成和脫水兩個反應組合在一個反應器中進行3CO+3H₂?CH₃OCH₃+CO₂
（1）液相一步法實際是兩步法兩個反應的組合，其選用的催化劑應該具有

既有甲醇合成催化的功能，又有甲醇脫水催化的功能，是一種雙功能的復合催化劑

．目前一種更新的方法--CO₂加氫一步法取得了較大進展，其反應為：2CO₂+6H₂?2CH₃OCH₃+3H₂O 該方法包括甲醇的合成、甲醇的脫水和水氣的逆轉(zhuǎn)換反應，其方程式如下（298K）：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-49.01kJ?mol^-1…①
2CH₃OH（l）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H=-24.02kJ?mol^-1…②
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（l）△H=41.17kJ?mol^-1…③
（2）CO₂加氫一步法與液相一步法相比有何優(yōu)點

原料廉價，能減少環(huán)境污染等

．
（3）寫出CO₂加氫一步法在298K下總反應的熱化學方程式

2CO₂（g）+6H₂（g）?2CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-122.04 kJ?mol^-1

．
有人對甲醇脫水轉(zhuǎn)化為甲醚過程從溫度、液體空速（在單位時間內(nèi)單位體積的催化劑表面通過的原料的量，空速越小，停留時間越長，反應程度越高，但處理能力越�。�、壓力對甲醇的轉(zhuǎn)化率影響進行研究，分別獲得以下2組圖．

（4）根據(jù)以上兩幅圖選擇不受空速影響的合適反應溫度和壓強

320℃、0.2-0.6Mpa

．
（5）某溫度下在2L恒容密閉容器中加入CH₃OH發(fā)生反應2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），測得有關數(shù)據(jù)如下：

反應時間/min	0	1	2	3	4
c（CH3OH）/mol?L-1	0.51	0.2	0.1	0.01	0.01

則此反應在該溫度下的平衡常數(shù)為

625

，若再向容器分別加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol，此時該反應v_正反應

＞

v_逆反應（填“＞”、“＜”或“=”）．
（6）根據(jù)文獻，甲醇轉(zhuǎn)化率可以根據(jù)冷凝的液相中的甲醇與水的相對百分含量來計算（忽略揮發(fā)到氣相的甲醇），若以C_w表示冷凝液中水的質(zhì)量分數(shù)，C_M表示冷凝液中甲醇的質(zhì)量分數(shù)，則甲醇的轉(zhuǎn)化率Χ_M=

XM=

2CW 18

2CW 18 + CM 32

或

32Cw

32Cw+9CM)

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)方法1可知，生成二甲醚需要一氧化碳與氫氣合成甲醇，然后甲醇脫水生成二甲醚，所以方法2使用的催化劑必須具有這兩方面功能；
（2）通過對比CO₂加氫一步法與液相一步法的反應原理找出優(yōu)點；
（3）利用蓋斯定律根據(jù)熱化學方程式①×2+②得出CO₂加氫一步法在298K下總反應的熱化學方程式；
（4）分析圖1、圖2，找出不受空速影響的合適反應溫度和壓強；
（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，3分鐘后達到平衡狀態(tài)，計算出該反應的平衡常數(shù)；向容器分別加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol，重新計算出濃度商，與化學平衡常數(shù)對比，判斷平衡移動方向；
（6）可以設出冷凝液總質(zhì)量為mg，然后列式計算出甲醇的轉(zhuǎn)化率．

解答：解：（1）由方法1可知，生成二甲醚需要一氧化碳與氫氣合成甲醇，然后甲醇脫水生成二甲醚，所以方法2使用的催化劑必須具有這兩方面功能的復合催化劑，
故答案為：既有甲醇合成催化的功能，又有甲醇脫水催化的功能，是一種雙功能的復合催化劑；
（2）通過反應原理可以看出，CO₂加氫一步法原料是二氧化碳，原料廉價，產(chǎn)物是二甲醚和水，產(chǎn)物減少了環(huán)境污染，
故答案為：原料廉價，能減少環(huán)境污染等；
（3）根據(jù)蓋斯定律及熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-49.01kJ?mol^-1…①
2CH₃OH（l）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）△H=-24.02kJ?mol^-1…②
 ①×2+②可得熱化學方程式為：2CO₂（g）+6H₂（g）?2CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-122.04 kJ?mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）?2CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）△H=-122.04 kJ?mol^-1；
（4）根據(jù)圖1、圖2可知，不受空速影響的合適反應溫度為320℃、壓強在0.2-0.6Mpa，
故答案為：320℃、0.2-0.6Mpa；
（5）根據(jù)反應方程式：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），
反應前c（CH₃OH）/mol?L^-1：0.51         0         0
3分鐘后達到平衡狀態(tài)濃度：0.01      0.25       0.25
平衡常數(shù)為：

0.25×0.25

(0.01)2

=625，
再向容器分別加入甲醇0.02mol、CH₃OCH₃1.0mol反應的濃度商為：

(1.0+0.25)×0.25

(0.03)2

≈347.2＜625，平衡向著正向移動，正反應速率大于逆反應速率，
故答案為：625；＞；
（6）設冷凝液總質(zhì)量為mg，水的物質(zhì)的量為：

m?CW

18

mol，甲醇的物質(zhì)的量為：

m?CM

32

mol，
根據(jù)反應2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）可知，生成

m?CW

18

mol水，需要消耗甲醇的物質(zhì)的量為：2×

m?CW

18

mol，
甲醇的質(zhì)量為：XM=

m?CM 32

2m?CW 18 + m?CM 32

=

32Cw

32Cw+9CM)

，
故答案為：XM=

2CW 18

2CW 18 + CM 32

或

32Cw

32Cw+9CM)

．

點評：本題借助二甲醚的制取，考查了化學方案的評價、轉(zhuǎn)化率計算、應用蓋斯定律書寫熱化學方程式等知識，題目比較綜合，充分考查學生的分析、理解能力，難度稍大．