Question

【题目】二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备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

回答下列问题：

(1)则反应3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的△H=______kJ·mol-1，该反应的平衡常数K=________（用K1、K2、K3表示）

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

A.使用过量的CO B.升高温度 C.增大压强

(3)一定温度下，0.2molCO和0.1molH2O通入2L恒容密闭容器中，发生反应③，5分钟时达到化学平衡，平衡后测得H2的体积分数为0.1。则5分钟v(H2O)=_______________，CO的转化率α(CO)=___________。

(4)将合成气以=2通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示，下列说法正确的是___________。

A.△H <0 B.P1>P2>P3

C.若在P3和316℃时，起始时=3，则平衡时，α(CO)小于50％

(5)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚（DME）。观察图2回答问题。催化剂中约为___________时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之间即可)

【解析】

(1)化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加，可得到待求的反应的热化学方程式及其反应热；

(2)提高CH3OCH3产率，改变条件应使平衡正向移动，结合平衡移动原理分析解答；

(3)根据物质转化关系，结合平衡时H2的含量，计算反应消耗的H2O、CO的物质的量，然后根据物质反应速率和转化率的含义计算；

(4)A.根据压强一定时，随温度升高CO的转化率减小判断反应的热效应；

B.根据温度不变时CO的转化率遇压强的关系判断几个反应的压强大小；

C.增大氢气的用量，平衡正向移动，CO的转化率增大；

(5)CO的转化率最大，生成二甲醚的选择性最大时最好。

(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

根据盖斯定律，①×2+②+③得3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) △H=-246.1kJ/mol；该反应是①×2+②+③叠加而来，根据化学平衡常数的含义可知K= K12·K2·K3；

(2)A.增大反应物的浓度平衡正移，更多的CH3OCH3生成，能提高CH3OCH3产率，A正确；

B.该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则CH3OCH3产率会降低，B错误；

C.该反应正方向为气体体积减小的方向，所以增大压强平衡正移，能提高CH3OCH3产率，C正确；

故合理选项是AC；

(3)一定温度下，0.2molCO和0.1molH2O通入2L恒容密闭容器中，发生反应③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，5分钟时达到化学平衡，假设反应的CO的物质的量为x，则平衡时各种气体物质的量分别是n(CO)=(0.2-x)mol，n(H2O)=(0.01-x)mol，n(H2)=n(CO2)=xmol，由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以平衡后混合气体的物质的量n(总)=0.2mol+0.1mol=0.3mol，测得H2的体积分数为0.1，则n(H2)=0.1×(0.2+0.1)mol=0.03mol，则5分钟 时△n(H2O)=△n(CO)=0.03mol，所以v(H2O)==0.003mol/(Lmin)，CO的转化率α(CO)=×100%=15%；

(4)A.由图可知，压强一定时，随温度升高CO的转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故△H<0，A正确；

B.正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO的转化率增大，所以P1>P2>P3，故B错误；

C.若在P3和316℃时，起始时=3，则增大了氢气的量，增大氢气的浓度，平衡正移，CO的转化率增大，所以CO转化率大于50%，C错误；

故合理选项是AB；

(5)由图可知当催化剂中约为2.0时，CO的转化率最大，生成二甲醚的最多。