Question

【題目】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）。

己知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

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__________；若想減少副反應(yīng)，大幅度提高二甲醚在產(chǎn)物中所占比率的關(guān)鍵因素是__________。

②一定條件下．上述主反應(yīng)達到平衡狀態(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)達到平衡狀態(tài)，則05 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(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 選擇合適的催化劑 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，即平衡向正反應(yīng)方向進行，據(jù)此分析；

②a.逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動；

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，平衡逆向移動；

d.容器中的變小，可能是減小二氧化碳物質(zhì)的量，平衡逆向移動；

③T1溫度下,將6molCO2和12molH2充入10L的密閉容器中，由圖象可知,5min后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%,則生成CH3OCH3的物質(zhì)的量為6mol× 60%×1/2= 1.8mol，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，溫度不變,平衡常數(shù)不變。

（2）①. ① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

①×2-②×2+③得2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol－1，據(jù)此分析；

②.CO的轉(zhuǎn)化均為放熱反應(yīng)，溫度較低時轉(zhuǎn)化率較高，但CO轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物較多，轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物較少。

（1）①要使該反應(yīng)速率和產(chǎn)率都增大，即平衡向正反應(yīng)方向進行，故應(yīng)該采取的措施是加壓，向氣體體積減小的方向移動，即向正反應(yīng)方向進行；減少副反應(yīng)，大幅度提高二甲醚在產(chǎn)物中所占比率的關(guān)鍵因素是催化劑， 故答案為：適當(dāng)增大壓強；選擇合適的催化劑。

②a.逆反應(yīng)速率先增大后減小，可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動，故a錯誤；

b.H2的轉(zhuǎn)化率增大，平衡一定正向移動， 故b正確;

c.反應(yīng)物的體積百分含量減小,可能是增大生成物濃度，平衡逆向移動，故c錯誤；

d.容器中的變小，可能是減小二氧化碳物質(zhì)的量，平衡逆向移動，故d錯誤；

故選b。

③T1溫度下,將6molCO2和12molH2充入10L的密閉容器中，由圖象可知,5min后反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時二氧化碳轉(zhuǎn)化率為60%,則生成CH3OCH3的物質(zhì)的量為6mol× 60%×1/2= 1.8mol，所以平均反應(yīng)速率v(CH3OCH3)= 0.036 mol·L－1·min－1 ，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)，溫度不變,平衡常數(shù)不變，所以KA＝KC，在相同投料比時，T1溫度下二氧化碳轉(zhuǎn)化率大，所以T1溫度下正向進行程度比T2溫度大，則KA＝KC＞KB，故答案為：0.036 mol·L－1·min－1 ；KA＝KC＞KB。

（2）①. ① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

①×2-②×2+③得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原因可能是CO的轉(zhuǎn)化均為放熱反應(yīng)，溫度較低時轉(zhuǎn)化率較高，但CO轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物較多，轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物較少。

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。