Question

【題目】二甲醚(DME)被譽為“21世紀的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：

① CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1 K1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1 K2

③ CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1 K3

回答下列問題：

(1)則反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H=______kJ·mol-1，該反應的平衡常數K=________（用K1、K2、K3表示）

(2)下列措施中，能提高(1)中CH3OCH3產率的有__________。

A.使用過量的CO B.升高溫度 C.增大壓強

(3)一定溫度下，0.2molCO和0.1molH2O通入2L恒容密閉容器中，發生反應③，5分鐘時達到化學平衡，平衡后測得H2的體積分數為0.1。則5分鐘v(H2O)=_______________，CO的轉化率α(CO)=___________。

(4)將合成氣以=2通入1 L的反應器中，一定條件下發生反應：4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H，其CO的平衡轉化率隨溫度、壓強變化關系如圖1所示，下列說法正確的是___________。

A.△H <0 B.P1>P2>P3

C.若在P3和316℃時，起始時=3，則平衡時，α(CO)小于50％

(5)采用一種新型的催化劑(主要成分是Cu-Mn的合金)，利用CO和H2制備二甲醚（DME）。觀察圖2回答問題。催化劑中約為___________時最有利于二甲醚的合成。

Answer 1

【答案】-246.1 K12·K2·K3 AC 0.003 15 ％ AB 2.0(2-3之間即可)

【解析】

(1)化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式疊加，可得到待求的反應的熱化學方程式及其反應熱；

(2)提高CH3OCH3產率，改變條件應使平衡正向移動，結合平衡移動原理分析解答；

(3)根據物質轉化關系，結合平衡時H2的含量，計算反應消耗的H2O、CO的物質的量，然后根據物質反應速率和轉化率的含義計算；

(4)A.根據壓強一定時，隨溫度升高CO的轉化率減小判斷反應的熱效應；

B.根據溫度不變時CO的轉化率遇壓強的關系判斷幾個反應的壓強大小；

C.增大氫氣的用量，平衡正向移動，CO的轉化率增大；

(5)CO的轉化率最大，生成二甲醚的選擇性最大時最好。

(1)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H 1=－90.7 kJ·mol-1 K1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H 2=－23.5 kJ·mol-1 K2

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H 3=－41.2kJ·mol-1 K3

根據蓋斯定律，①×2+②+③得3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) △H=-246.1kJ/mol；該反應是①×2+②+③疊加而來，根據化學平衡常數的含義可知K= K12·K2·K3；

(2)A.增大反應物的濃度平衡正移，更多的CH3OCH3生成，能提高CH3OCH3產率，A正確；

B.該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，則CH3OCH3產率會降低，B錯誤；

C.該反應正方向為氣體體積減小的方向，所以增大壓強平衡正移，能提高CH3OCH3產率，C正確；

故合理選項是AC；

(3)一定溫度下，0.2molCO和0.1molH2O通入2L恒容密閉容器中，發生反應③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，5分鐘時達到化學平衡，假設反應的CO的物質的量為x，則平衡時各種氣體物質的量分別是n(CO)=(0.2-x)mol，n(H2O)=(0.01-x)mol，n(H2)=n(CO2)=xmol，由于該反應是反應前后氣體體積相等的反應，所以平衡后混合氣體的物質的量n(總)=0.2mol+0.1mol=0.3mol，測得H2的體積分數為0.1，則n(H2)=0.1×(0.2+0.1)mol=0.03mol，則5分鐘 時△n(H2O)=△n(CO)=0.03mol，所以v(H2O)==0.003mol/(Lmin)，CO的轉化率α(CO)=×100%=15%；

(4)A.由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高CO的轉化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，故△H<0，A正確；

B.正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，CO的轉化率增大，所以P1>P2>P3，故B錯誤；

C.若在P3和316℃時，起始時=3，則增大了氫氣的量，增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉化率增大，所以CO轉化率大于50%，C錯誤；

故合理選項是AB；

(5)由圖可知當催化劑中約為2.0時，CO的轉化率最大，生成二甲醚的最多。