Question

6．在一定條件下，將燃煤廢氣中的CO₂轉化為二甲醚的反應為：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H
已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）△H=2△H₁+△H₂-2△H₃．（用△H₁、△H₂和△H₃表示）
（2）某溫度下，在體積固定為2L的密閉容器中進行反應①，將1mol CO和2mol H₂混合，測得不同時刻的反應前后壓強關系如下：

時間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

則達到平衡時CO的轉化率為45%．
（3）已知在某壓強下，該反應在不同溫度、不同投料比[n（H₂）/n（CO₂）]時，CO₂的轉化率如右圖所示．從圖中可得出三條主要規(guī)律：
①增大投料比，CO₂的轉化率增大；
②升高溫度，CO₂的轉化率降低；
③溫度越低，增大投料比使CO₂的轉化率增大的越顯著．
（4）為提高CO₂的轉化率，除了適當改變溫度、壓強和投料比外，還可以采取的措施是：將水蒸汽液化移去（或移去產物）．
（5）由甲醇液相脫水法也可制二甲醚，首先將甲醇與濃硫酸反應生成硫酸氫甲酯（CH₃OSO₃H）：CH₃OH+H₂SO₄→CH₃OSO₃H+H₂O；生成的硫酸氫甲酯再和甲醇反應生成二甲醚，第二步的反應方程式為：CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄．與CO₂和H₂反應制備二甲醚比較，該工藝的優(yōu)點是反應溫度低，轉化率高，其缺點是濃H₂SO₄腐蝕設備或有硫酸廢液產生．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律通過①×2+②+2×③計算化學反應的焓變即可；
（2）溫度、體積不變的可逆反應中，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，據此計算反應后氣體體積的物質的量，從而計算CO反應的物質的量，根據CO反應的物質的量計算其轉化率，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）根據圖象可知，[n（H₂）/n（CO₂）]越大，CO₂的轉化率越大，溫度越高，CO₂的轉化率小，且圖中不同溫度線的斜率不同，據此答題；
（4）根據平衡移動的影響因素判斷；
（5）根據元素守恒可寫出化學方程式，根據硫酸的性質分析該工藝的缺點；

解答 解：（1）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+2×③可得所求反應方程式，則△H=2△H₁+△H₂-2△H₃；
故答案為：2△H₁+△H₂-2△H₃；
（2）溫度、體積不變的可逆反應中，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，15min，壓強比（P_后/P_前）=0.80，則反應后氣體的物質的量=3mol×0.80=2.40mol，氣體減少的物質的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根據氣體減少的物質的量與CO之間的關系式知參加反應的CO的物質的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，則CO的轉化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案為：45%；
（3）根據圖象可知，[n（H₂）/n（CO₂）]越大，CO₂的轉化率越大，溫度越高，CO₂的轉化率小，且圖中不同溫度線的斜率不同，溫度越低，增大投料比使CO₂的轉化率增大的越顯著，
故答案為：升高溫度，CO₂的轉化率降低；溫度越低，增大投料比使CO₂的轉化率增大的越顯著；
（4）根據平衡移動的影響因素可知，為提高CO₂的轉化率，可以將水蒸汽液化移去（或移去產物），
故答案為：將水蒸汽液化移去（或移去產物）；
（5）根據元素守恒可知硫酸氫甲酯再和甲醇反應生成二甲醚的化學方程式為CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄，該反應有硫酸參加，因為硫酸是強酸，具有較強的腐蝕性，能腐蝕設備，所以根據硫酸的性質可知該工藝的缺點是濃H₂SO₄腐蝕設備或有硫酸廢液產生，
故答案為：CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄；濃H₂SO₄腐蝕設備或有硫酸廢液產生；

點評 本題考考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，轉化率的計算及，影響平衡的因素分析判斷，題目涉及的知識點較多，綜合性較強，題目難度中等．