Question

（15分）二甲醚（DME）和甲醇是21世紀(jì)應(yīng)用最廣泛的兩種清潔燃料，目前工業(yè)上均可由合成氣在特定催化劑作用下制得。

（1）由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：

已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H1＝－90.7 kJ·mol－1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝－23.5 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3＝－41.2 kJ·mol－1

則反應(yīng)3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H＝ kJ·mol-1。

（2）將合成氣以n(H2)/n(CO)=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)，其中CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖所示：

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為 ；P1、P2、P3由大到小的順序?yàn)? 。

②若反應(yīng)在P3和316℃時(shí)，起始時(shí)n(H2)/n(CO)=3，則達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率 50％（填“大于”、“小于”或“等于”)。

（3）由合成氣合成甲醇的反應(yīng)的溫度與平衡常數(shù)（K）的關(guān)系如表數(shù)據(jù)，

250℃時(shí)，將2 molCO和6 molH2充入2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間與物質(zhì)濃度的關(guān)系如圖所示，則前10分鐘內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為 ；若15分鐘時(shí)，只改變溫度一個(gè)條件，假設(shè)在20分鐘時(shí)達(dá)到新平衡，氫氣的轉(zhuǎn)化率為33.3%，此時(shí)溫度為 （從上表中選），請?jiān)趫D中畫出15—25分鐘c (CH3OH)的變化曲線。

（4）利用甲醇液相脫水也可制備二甲醚，原理是：CH3OH +H2SO4→CH3HSO4+H2O，CH3HSO4+CH3OH→CH3OCH3+H2SO4。與合成氣制備二甲醚比較，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，轉(zhuǎn)化率高，其缺點(diǎn)是 。

 

Answer 1

（1）-246.1；

（2）①K=[CH3OCH3][H2O]/ [H2]4[CO]2； P1＞P2＞P3；②大于；

（3）0.16mol/（L?min）；300℃；；

（4）硫酸是強(qiáng)酸，具有較強(qiáng)的腐蝕性，能腐蝕設(shè)備。

【解析】

試題分析：（1）①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H1＝－90.7 kJ·mol－1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝－23.5 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3＝－41.2 kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H2（g）CH3OCH3（g）+CO2（g）△H=-246.1kJ?mol-1；（2）①根據(jù)反應(yīng)4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=[CH3OCH3][H2O]/ [H2]4[CO]2；該反應(yīng)正方向?yàn)轶w積減小的方向，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率增大，結(jié)合題給圖像知，P1＞P2＞P3；②若在P3和316℃時(shí)，起始時(shí)起始時(shí)n(H2)/n(CO)=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%；（3）由題給圖像知，甲醇的濃度變化為0.8mol/L， V（CH3OH）=△c/△t=0.08mol/（L?min），根據(jù)方程式得V（CH3OH）：V（H2）=1：2，所以V（H2）=2×0.08mol/（L?min）=0.16mol/（L?min）；改變溫度，假設(shè)在20分鐘時(shí)達(dá)到新平衡，氫氣的轉(zhuǎn)化率為33.3%，則氫氣轉(zhuǎn)化的濃度為△C=3mol/L×33.3%=1mol/L，

                   2H2（g）+CO（g）    CH3OH（g）

起始濃度（1mol/L）   3       1          0

轉(zhuǎn)化濃度（1mol/L）   1       0.5 0.5

平衡濃度（1mol/L）   2       0.5 0.5

K=0.25，所以該溫度為300℃；由反應(yīng)CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-90.7kJ?mol-1，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡向移動，甲醇含量減小，圖象見答案；（4）該反應(yīng)有硫酸參加，因?yàn)榱蛩崾菑?qiáng)酸，具有較強(qiáng)的腐蝕性，能腐蝕設(shè)備。

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，平衡常數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用，影響平衡的因素。