题目内容
【题目】二甲醚(CH3OCH3)被称为21世纪的新型燃料,以CO和H2为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应:
(1)该工艺的总反应为3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) ΔH=_________,化学平衡常数K=______________(用含K1、K2、K3的代数式表示)。
化学反应方程式 | 化学平衡常数 | |
①CO(g)+2H2(g) | ΔH1=-99 kJmol-1 | K1 |
②2CH3OH(g) | ΔH2=-24 kJmol-1 | K2 |
③CO(g)+H2O(g) | ΔH3=-41 kJmol-1 | K3 |
(2)某温度下,将8.0molH2和4.0molCO充入容积为2L的密闭容器中,发生反应:4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+H2O(g),10 分钟后反应达平衡,测得二甲醚的体积分数为25%,则用H2表示的反应速率为_________,CO的转化率为________。
(3)下列措施中,能提高CH3OCH3产率的有________。
A.分离出二甲醚 B.降低温度 C.改用高效催化剂D.增大压强
(4)该工艺中反应③的发生提高了CH3OCH3的产率,原因是________________。
【答案】-263 kJmol-1 K12·K2·K3 0.3mol/(L·min) 75% ABD 反应③消耗了反应②中的产物H2O,使反应②的化学平衡向正反应方向移动,从而提高CH3OCH3的产率
【解析】
(1)根据盖斯定律及所给反应式解答;
(2)列出三行式,利用已知条件,求出转化量,进而求出用H2表示的反应速率和CO的转化率;
(3)根据生成二甲醚的反应特点分析采取的措施;
(4)根据反应③对反应②的生成物的影响分析解答。
(1)根据盖斯定律可知①2+②+③即得到总反应为3CO(g)+3H2(g)
CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=-263 kJmol-1 ,其化学平衡常数K= K12·K2·K3 ,
故答案为:-263 kJmol-1 ;K12·K2·K3;
(2) 4H2(g)+2CO(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始量(mol) 8 4 0 0
转化量(mol) 2x x 0.5x 0.5x
平衡量(mol) 8-2x 4-x 0.5x 0.5x
平衡时测得二甲醚的体积分数为25%,则列式100%=25%,解得x=3,所以用H2表示的反应速率为
=0.3 mol/(L·min),
CO的转化率为100%=75%。
故答案为:0.3mol/(L·min) ;75%;
(3)生成二甲醚的反应是放热的气体体积减小的可逆反应。
A项,分离出CH3OCH3会使产物浓度降低,平衡向右移动,CH3OCH3产率增大,故选A项;
B项,反应是放热反应,降低温度会使平衡向右移动,使产率增大,故选B项;
C项,催化剂可以改变反应速率,但是不能影响化学平衡,故不选C项。
D项,增大压强使平衡向气体体积减小的方向移动,即向右移动,CH3OCH3产率增大,故选D项;
综上所述,本题正确答案为ABD;
(4)根据方程式可知反应③消耗了反应②中的产物H2O,使反应②的化学平衡向正反应方向移动,从而提高CH3OCH3的产率。
故答案为:反应③消耗了反应②中的产物H2O,使反应②的化学平衡向正反应方向移动,从而提高CH3OCH3的产率。
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