Question

【題目】荊門(mén)天茂實(shí)業(yè)集團(tuán)為新能源領(lǐng)域的先行者，在中南地區(qū)擁有最大的甲醇裝置并已建成年產(chǎn)50萬(wàn)噸二甲醚裝置。由合成氣（組成為H2、CO和少量的CO2）直接制備二甲醚，涉及如下反應(yīng)。

甲醇合成反應(yīng)：（i）CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=-90.1kJmol-1

二甲醚合成反應(yīng)：（ii）2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H2=-23.9kJmol-1

（iii）2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)△H3=-29.1kJmol-1

回答下列問(wèn)題：

（1）Al2O3是合成氣直接制備二甲醚反應(yīng)催化劑的主要成分之一。工業(yè)上以鋁土礦制備較高純度Al2O3的主要工藝流程是（以化學(xué)方程式表示） 、 、2Al(OH)3 Al2O3 +3H2O。

（2）一定溫度時(shí)，反應(yīng)（i）的平衡常數(shù)數(shù)值Kp = 4.80×10-2，向容器中充入2 mol H2和1 molCO，反應(yīng)（i）達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)，甲醇的分壓p(CH3OH)=24.0 kPa，則平衡時(shí)，混合氣體中CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_________(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度所得的平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

（3）二甲醚合成反應(yīng)過(guò)程中兩反應(yīng)能量變化如圖所示：

①反應(yīng)速率較大的是__________（填序號(hào) “ ii”、“ iii”），說(shuō)明原因 。

②若在容器中加入催化劑，則E2 - E1將__________（填“變大”、“不變”或“變小”）。

（4）由H2和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學(xué)方程式為 。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強(qiáng)對(duì)直接制備二甲醚反應(yīng)的影響 。

Answer 1

【答案】（1）Al2O3+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4；2NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3；

（2）61.5%；（3）①ii；反應(yīng)（ii）活化能低，在相同條件下反應(yīng)速率較大；②不變；

（4）2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-204.1kJ/mol；該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，壓強(qiáng)升高使平衡右移，CO和H2轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加；壓強(qiáng)升高使CO和H2濃度增加，反應(yīng)速率增大。

【解析】

試題分析：（1）氧化鋁表現(xiàn)兩性，可以是Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O、NaAlO2＋CO2＋2H2O=NaHCO3＋Al(OH)3↓，也可以是Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O、AlCl3＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4＋；(2)設(shè)開(kāi)始時(shí)CO的壓強(qiáng)為p，H2的壓強(qiáng)為2p，

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

起始： p 2p 0

變化： 24 48 24

平衡：p－24 2p－48 24

Kp=24/[(p－24)×(2p－48)2] =4.80×10－2，解得p=19.0kPa，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)=分壓/總壓=24/(3×29－48)×100%=61.5%；(3)①根據(jù)能量變化，活化能越低，活化分子越多，化學(xué)反應(yīng)速率越快，即反應(yīng)反應(yīng)速率較大的是ii；②E2－E1是反應(yīng)的焓變，焓變只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，使用催化劑只降低活化能，對(duì)焓變無(wú)影響，因此E2－E1不變；(4)2×(i)＋(ii)：2CO(g) + 4H2(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) △H=2△H1＋△H2=－204.1kJ·mol－1；該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，壓強(qiáng)升高使平衡右移，CO和H2轉(zhuǎn)化率增大，CH3OCH3產(chǎn)率增加；壓強(qiáng)升高使CO和H2濃度增加，反應(yīng)速率增大。