Question

【题目】合成气（主要成分为CO、CO2和H2）是重要的化工原料，可利用合成气在催化剂存在下直接制备二甲醚（CH3OCH3）。

己知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

（1）工业上用CO2和H2在一定条件下反应直接制备二甲醚，主反应为：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

①要使该反应速率和产率都增大，应该采取的措施是__________；若想减少副反应，大幅度提高二甲醚在产物中所占比率的关键因素是__________。

②一定条件下．上述主反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是__________（填标号）。

a．逆反应速率先增大后减小 b．H2的转化率增大

c．反应物的体积百分含量减小 d．容器中的变小

③在某压强下，制备二甲醚的反应在不同温度、不同投料比时CO2的转化率如图（a)所示。T1温度下，将6molCO2和12molH2充入10L的密闭容器中， 5 min后反应达到平衡状态，则05 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=__________；KA、 KB、 KC三者之间的大小关系为___________。

（2）在适当条件下由CO和H2直接制备二甲醚，另一产物为水蒸气。

①该反应的热化学方程式是_______________________________。

②CO的转化率、二甲醚的产率与反应温度的关系如图（b）所示，请解释290℃后升高温度，CH3OCH3产率逐渐走低的原因可能是________________________________。

Answer 1

【答案】适当增大压强 选择合适的催化剂 b 0.036 mol·L－1·min－1 KA＝KC＞KB 2CO(g)＋4H2(g)==CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol－1 生成二甲醚的反应是放热反应，温度升高，平衡逆移，产率降低

【解析】

（1）①要使该反应速率和产率都增大，即平衡向正反应方向进行，据此分析；

②a.逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动；

b.H2的转化率增大，平衡一定正向移动；

c.反应物的体积百分含量减小,可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动；

d.容器中的变小，可能是减小二氧化碳物质的量，平衡逆向移动；

③T1温度下,将6molCO2和12molH2充入10L的密闭容器中，由图象可知,5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%,则生成CH3OCH3的物质的量为6mol× 60%×1/2= 1.8mol，平衡常数仅与温度有关，温度不变,平衡常数不变。

（2）①. ① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

①×2-②×2+③得2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol－1，据此分析；

②.CO的转化均为放热反应，温度较低时转化率较高，但CO转化为中间产物较多，转化为目标产物较少。

（1）①要使该反应速率和产率都增大，即平衡向正反应方向进行，故应该采取的措施是加压，向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向进行；减少副反应，大幅度提高二甲醚在产物中所占比率的关键因素是催化剂， 故答案为：适当增大压强；选择合适的催化剂。

②a.逆反应速率先增大后减小，可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动，故a错误；

b.H2的转化率增大，平衡一定正向移动， 故b正确;

c.反应物的体积百分含量减小,可能是增大生成物浓度，平衡逆向移动，故c错误；

d.容器中的变小，可能是减小二氧化碳物质的量，平衡逆向移动，故d错误；

故选b。

③T1温度下,将6molCO2和12molH2充入10L的密闭容器中，由图象可知,5min后反应达到平衡状态时二氧化碳转化率为60%,则生成CH3OCH3的物质的量为6mol× 60%×1/2= 1.8mol，所以平均反应速率v(CH3OCH3)= 0.036 mol·L－1·min－1 ，平衡常数仅与温度有关，温度不变,平衡常数不变，所以KA＝KC，在相同投料比时，T1温度下二氧化碳转化率大，所以T1温度下正向进行程度比T2温度大，则KA＝KC＞KB，故答案为：0.036 mol·L－1·min－1 ；KA＝KC＞KB。

（2）①. ① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

①×2-②×2+③得2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol－1

故答案为：2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7 kJ·mol－1

②原因可能是CO的转化均为放热反应，温度较低时转化率较高，但CO转化为中间产物较多，转化为目标产物较少。

故答案为： 生成二甲醚的反应是放热反应，温度升高，平衡逆移，产率降低。