Question

【題目】二甲醚(DME)被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1 K1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1 K2

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1 K3

回答下列問題：

(1)則反應(yīng)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H=______kJ·mol-1，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________（用K1、K2、K3表示）

(2)下列措施中，能提高(1)中CH3OCH3產(chǎn)率的有__________。

A.使用過量的CO B.升高溫度 C.增大壓強(qiáng)

(3)一定溫度下，0.2molCO和0.1molH2O通入2L恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)③，5分鐘時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡，平衡后測得H2的體積分?jǐn)?shù)為0.1。則5分鐘v(H2O)=_______________，CO的轉(zhuǎn)化率α(CO)=___________。

(4)將合成氣以=2通入1 L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖1所示，下列說法正確的是___________。

A.△H <0 B.P1>P2>P3

C.若在P3和316℃時(shí)，起始時(shí)=3，則平衡時(shí)，α(CO)小于50％

(5)采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu-Mn的合金)，利用CO和H2制備二甲醚（DME）。觀察圖2回答問題。催化劑中約為___________時(shí)最有利于二甲醚的合成。

Answer 1

【答案】-246.1 K12·K2·K3 AC 0.003 15 ％ AB 2.0(2-3之間即可)

【解析】

(1)化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式疊加，可得到待求的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式及其反應(yīng)熱；

(2)提高CH3OCH3產(chǎn)率，改變條件應(yīng)使平衡正向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答；

(3)根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)合平衡時(shí)H2的含量，計(jì)算反應(yīng)消耗的H2O、CO的物質(zhì)的量，然后根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率的含義計(jì)算；

(4)A.根據(jù)壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)；

B.根據(jù)溫度不變時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率遇壓強(qiáng)的關(guān)系判斷幾個(gè)反應(yīng)的壓強(qiáng)大��；

C.增大氫氣的用量，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；

(5)CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的選擇性最大時(shí)最好。

(1)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1 K1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1 K2

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1 K3

根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) △H=-246.1kJ/mol；該反應(yīng)是①×2+②+③疊加而來，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的含義可知K= K12·K2·K3；

(2)A.增大反應(yīng)物的濃度平衡正移，更多的CH3OCH3生成，能提高CH3OCH3產(chǎn)率，A正確；

B.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則CH3OCH3產(chǎn)率會(huì)降低，B錯(cuò)誤；

C.該反應(yīng)正方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，所以增大壓強(qiáng)平衡正移，能提高CH3OCH3產(chǎn)率，C正確；

故合理選項(xiàng)是AC；

(3)一定溫度下，0.2molCO和0.1molH2O通入2L恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，5分鐘時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡，假設(shè)反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量為x，則平衡時(shí)各種氣體物質(zhì)的量分別是n(CO)=(0.2-x)mol，n(H2O)=(0.01-x)mol，n(H2)=n(CO2)=xmol，由于該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng)，所以平衡后混合氣體的物質(zhì)的量n(總)=0.2mol+0.1mol=0.3mol，測得H2的體積分?jǐn)?shù)為0.1，則n(H2)=0.1×(0.2+0.1)mol=0.03mol，則5分鐘 時(shí)△n(H2O)=△n(CO)=0.03mol，所以v(H2O)==0.003mol/(Lmin)，CO的轉(zhuǎn)化率α(CO)=×100%=15%；

(4)A.由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H<0，A正確；

B.正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P1>P2>P3，故B錯(cuò)誤；

C.若在P3和316℃時(shí)，起始時(shí)=3，則增大了氫氣的量，增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以CO轉(zhuǎn)化率大于50%，C錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是AB；

(5)由圖可知當(dāng)催化劑中約為2.0時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的最多。