Question

二甲醚（DME）和甲醇是21世紀應(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=-90.7kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?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)

通入1L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、壓強變化關(guān)系如圖1：
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為

 

；P₁、P₂、P₃由大到小的順序為

 

．
②若反應(yīng)在P₃和316℃時，起始時

n(H2)

n(CO)

=3，則達到平衡時，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)，

溫度 （℃）	250	300	350
平衡常數(shù)（k）	2.04	0.25	0.01

250℃時，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)時間與物質(zhì)濃度的關(guān)系如圖2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，只改變溫度一個條件，假設(shè)在20分鐘時達到新平衡，氫氣的轉(zhuǎn)化率為33.3%，此時溫度為

 

（從上表中選），請在圖中畫出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)點是反應(yīng)溫度低，轉(zhuǎn)化率高，其缺點是

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡建立的過程,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)已知的熱化學方程式和蓋斯定律計算解答；
（2）①平衡常數(shù)表達式=生成物濃度冪之積：反應(yīng)物濃度冪之積；該反應(yīng)正方向為體積減小的方向，根據(jù)壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響分析；
②若在P₃和316℃時，起始時

n(H2)

n(CO)

=3，則增大了氫氣的量，可以提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率；
（3）根據(jù)圖2求出V（CH₃OH），然后依據(jù)不同物種表示的速率之比等于計量系數(shù)之比求出V（H₂）；
改變條件后依據(jù)氫氣的轉(zhuǎn)化率列三段，求出該溫度下K判斷；
合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動所以從15min起CH₃OH濃度逐漸減小據(jù)此畫圖；
（4）根據(jù)硫酸的性質(zhì)分析．

解答： 解：（1）①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?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，
故答案為：-246.1；
（2）①平衡常數(shù)表達式K=

[CH3OCH3][H2O]

[H2]4[CO]2

；該反應(yīng)正方向為體積減小的方向，增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P₁＞P₂＞P₃；
故答案為：K=

[CH3OCH3][H2O]

[H2]4[CO]2

；P₁＞P₂＞P₃；
②若在P₃和316℃時，起始時

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%；
故答案為：大于；
（3）V（CH₃OH）=

△c

△t

=

0.8mol/L

10min

=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分鐘時達到新平衡，氫氣的轉(zhuǎn)化率為33.3%，則氫氣轉(zhuǎn)化的濃度為△C=

6mol

2L

×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      

1

2

         

1

2

平衡濃度（1mol/L）   2      

1

2

          

1

2

K=

1 2

2×2× 1 2

=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，所以圖象為：；
故答案為：0.16mol/（L?min）；300℃；；
（4）該反應(yīng)有硫酸參加，因為硫酸是強酸，具有較強的腐蝕性，能腐蝕設(shè)備；
故答案為：H₂SO₄腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生．

點評：本題考考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應(yīng)用，平衡常數(shù)的計算及應(yīng)用，影響平衡的因素分析判斷，題目涉及的知識點較多，綜合性較強，題目難度中等．