圖1是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:
I.已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應的平衡表達式為:K=
,它所對應反應的化學方程式為
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)
.
II.二甲醚(CH
3OCH
3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用,工業(yè)上以CO和H
2為原料生產(chǎn)CH
3OCH
3.工業(yè)制備二甲醚在催化反應室中(壓力2.0~10.0Mpa,溫度230~280℃)進行下列反應:
①CO(g)+2H
2(g)
CH
3OH(g)△H
1=-90.7kJ?mol
-1②2CH
3OH(g)
CH
3OCH
3(g)+H
2O(g)△H
2=-23.5kJ?mol
-1③CO(g)+H
2O(g)
CO
2(g)+H
2(g)△H
3=-41.2kJ?mol
-1(1)催化反應室中總反應的熱化學方程式為
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
3CO(g)+3H2(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-247KJ?mol-1
.830℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中反應③的K
>
>
1.0(填“>”、“<”或“=”).
(2)在某溫度下,若反應①的起始濃度分別為:c(CO)=1mol/L,c(H
2)=2.4mol/L,5min后達到平衡,CO的轉化率為50%,則5min內(nèi)CO的平均反應速率為
0.1mol/(L?min)
0.1mol/(L?min)
;若反應物的起始濃度分別為:c(CO)=4mol/L,c(H
2)=a mol/L;達到平衡后,c(CH
3OH)=2mol/L,a=
5.4
5.4
mol/L.
(3)為了尋找合適的反應溫度,研究者進行了一系列試驗,每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變,試驗結果如圖2,CO轉化率隨溫度變化的規(guī)律是
由圖表可知,溫度低于240℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而減小
由圖表可知,溫度低于240℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而減小
,其原因是
在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉化率減小
在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉化率減小
.
(4)“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源,其工作原理如圖3所示.寫出a電極上發(fā)生的電極反應式
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
.