Question

【題目】發展以煤制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴，部分替代石油化工產品的道路是我國保障能源安全戰略的重要措施。間接法是先由煤制合成氣（組成為H2、CO和少最的CO2)制備甲醇或二甲醚（CH3OCH3),其主要過程包括以下四個反應：

甲醇合成反應：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1 kJmol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H2=-49.0kJmol-1

水煤氣變換反應：

③CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g) △H3=-41.1kJmol-1

二甲醚合成反應：

④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4=-24.5kJmol-1

回答下列問題：

(1)分析上述反應（均可逆），發生反應④對于CO轉化率的影響是_______（填“增大”、“減小”或“無影響”，其理由是__________。

(2)在二個體積均為1.0L的恒容密閉容器中發生上述二甲醚合成反應④。實驗數據見下表：

容器編號	溫度（℃）	起始物質的量（mol）			平衡物質的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
a	387	0.20	0	0	0.080	0.080
b	387	0.40	0	0
c	207	0.20	0	0	0.090	0.090

①387℃時，反應④的化學平衡常數K=__________。

②達到平衡時，容器b中CH3OH的轉化率為________。

③達到平衡時，容器c中CH3OCH3的體積分數為________。

(3)由H2和CO可直接制備二甲醚：2CO2(g)＋4H2(g)=CH3OCH(g)＋H2O(g) ΔH＝__________；為提高反應物的轉化率，根據化學反應原理，理論上應采取的措施是________(填序號)。

A.高溫高壓 B.低溫低壓 C.高溫低壓 D.低溫高壓

(4)有研究者用Cu-Zn-Al和Al2O3作催化劑,壓強為5.0 MPa的條件下，由合成氣[=2]直接制備二甲醚，結果如下圖所示.已知:選擇性=×100%。則有圖可知二甲醚的選擇性達最大值時對應的溫度是____________。

(5)2016年，我國的兩個科研團隊在合成氣直接制備低碳烯烴(nCO+2nH2CnH2n+nH2O)的研究中連續取得重大突破，論文分別發表在《德國應用化學》（2016.03.16）、《Nature》（2016.10.06）雜志上。=2時，前者在400℃，1MPa的條件下，CO轉化率為11%，低碳烯烴選擇性達74%；后者在250℃，0.1～0.5MPa的條件下，CO轉化率為31.8%，低碳烯烴選擇性為60.8%，則其中低碳烯烴的產率較大者的值為_________。

Answer 1

【答案】增大減小甲醇的量，平衡正向移動480%45%﹣204.7kJmol﹣1D290℃19.3%

【解析】

（1）二甲醚合成反應④對于CO轉化率的影響，消耗甲醇，促進甲醇合成反應①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）平衡右移，CO轉化率增大；

（2）① 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.20 0 0

起始濃度（mol/L） 0.16 0.08 0.08

起始濃度（mol/L） 0.04 0.08 0.08

387℃時，反應④的化學平衡常數K==4；

②根據①的分析可知容器a中甲醇的轉化率為×100%=80%，因反應體系物質的量變化為0，容器b中在恒溫恒容發生的反應轉化率與容器a中相同仍為80%；

③ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始濃度（mol） 0.20 0 0

起始濃度（mol） 0.18 0.09 0.09

起始濃度（mol） 0.02 0.09 0.09

達到平衡時，容器c中CH3OCH3的體積分數為×100%=45%；

（3）①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-90.1kJmol-1
④2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4=-24.5kJmol-1
依據蓋斯定律①×2+④得到：2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g）△H=-204.7kJmol-1；根據平衡移動原理，增大壓強或降低溫度可使平衡正向移動，即采取措施低溫高壓提高反應物的轉化率，答案為D；

（4）有圖示可知當溫度達到290℃時二甲醚的選擇性達最大值；

（5）根據選擇性=×100%可知，當CO轉化率為11%，低碳烯烴選擇性達74%時低碳烯烴的產率為74%×11%=8.14%，當CO轉化率為31.8%，低碳烯烴選擇性達60.8%時低碳烯烴的產率為31.8%×60.8%=19.3%。