Question

【题目】甲醇制烯烃(MTO)是煤制烯烃工艺路线的核心技术。煤制烯烃主要包括煤的气化、液化、烯烃化三个阶段。

（1）煤的液化发生的主要反应之一为2H2(g)+CO(g)＝CH3OH (g) ΔH＝a kJ·mol1，在不同温度下，K(500℃)＝2.5 L2·mol2，K(700℃)＝0.2 L2·mol2。

①ΔH________0（填“＞”、“＜”、“＝”）。

②若反应在容积为2L的密闭容器中进行，500℃测得某一时刻体系内H2、CO、CH3OH物质的量分别为2 mol、1 mol、3mol，则此时生成CH3OH的速率____消耗CH3OH的速率（填“＞”、“＜”、“＝”）。

（2）通过研究外界条件对反应的影响，尽可能提高甲醇生成乙烯或丙烯的产率。

甲醇制烯烃的主要反应有：

i 2CH3OH(g)＝C2H4(g)+2H2O(g) ΔH1＝－20.9 kJ·mol1

ii3CH3OH(g)＝C3H6(g)+3H2O(g) ΔH2＝－98.1 kJ·mol1

iii 4CH3OH(g)＝C4H8(g)+4H2O(g) ΔH3＝－118.1 kJ·mol1

①C3H6转化为C2H4的热化学方程式为iv：2C3H6(g)3C2H4 (g) ΔH4＝____。

②加入N2作为稀释剂，反应i中C2H4的产率将_____（增大、减小、不变）。

（3）为研究不同条件对反应的影响，测得不同温度下平衡时C2H4、C3H6和C4H8的物质的量分数变化，如图所示：

①随着温度的升高，C3H6的物质的量分数呈现先增大后减小的趋势。温度高于400℃时，原因是_____________________________；当温度低于400℃时，原因是________________________。

②体系总压为0.1MPa，400℃时反应iv的平衡常数Kp＝________(列式计算，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

③为了获得更高的C2H4在产物中的比例，除控制较高温度的条件外，以下较适宜的是______。

A．增加水醇比 B．降低水醇比

Answer 1

【答案】< ＜ +133.5 kJ·mol－1 增大 温度高于400℃时，温度升高，反应iv：2C3H6(g) 3C2H4 (g) ΔH4＝+133.5 kJ·mol－1向正反应方向移动，C3H6的物质的量分数减小 当温度低于400℃时，CH3OH转化为C4H8的物质的量分数随温度升高而迅速减小，而转化为C2H4的物质的量分数增大的幅度小于C4H8的减小幅度，因而CH3OH转化C3H6的物质的量分数随温度升高而增大 0.001MPa A

【解析】

（1）①在不同温度下，K(500℃)＝2.5L·mol1，K(700℃)＝0.2L·mol1，K(700℃)<K(500℃)，说明温度升高有利于向逆反应方向移动，可得ΔH<0。

②500℃时，，此时反应向逆反应方向进行，生成CH3OH的速率小于消耗CH3OH的速率。

（2）①依据热化学方程式和盖斯定律计算i×3-ii×2得到iv：2C3H6(g)= 3C2H4(g)ΔH4＝+133.5 kJ·mol－1。

②加入N2作为稀释剂，使体系的体积增大，相当于压强减小，有利于向正反应方向移动，C2H4的产率增大。

（3）①温度高于400℃时，温度升高，反应iv：2C3H6(g)3C2H4(g)ΔH4＝+133.5 kJ·mol－1向正反应方向移动，C3H6的物质的量分数减小；当温度低于400℃时，CH3OH转化为C4H8的物质的量分数随温度升高而迅速减小，而转化为C2H4的物质的量分数增大的幅度小于C4H8的减小幅度，因而CH3OH转化C3H6的物质的量分数随温度升高而增大。

②分压＝总压×物质的量分数，因此400℃时，

③结合图像，温度升高可以提高C2H4的物质的量分数，B正确；对于i、ii和iii来说，，当n值越大，增大水醇比时，反应逆向进行趋势越大，副产物越少，即C3H6、C4H8就越少，A正确。