Question

【题目】发展以煤制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烃，部分替代石油化工产品的道路是我国保障能源安全战略的重要措施。间接法是先由煤制合成气（组成为H2、CO和少最的CO2)制备甲醇或二甲醚（CH3OCH3),其主要过程包括以下四个反应：

甲醇合成反应：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1 kJmol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H2=-49.0kJmol-1

水煤气变换反应：

③CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g) △H3=-41.1kJmol-1

二甲醚合成反应：

④2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H4=-24.5kJmol-1

回答下列问题：

(1)分析上述反应（均可逆），发生反应④对于CO转化率的影响是_______（填“增大”、“减小”或“无影响”，其理由是__________。

(2)在二个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生上述二甲醚合成反应④。实验数据见下表：

容器编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）			平衡物质的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
a	387	0.20	0	0	0.080	0.080
b	387	0.40	0	0
c	207	0.20	0	0	0.090	0.090

①387℃时，反应④的化学平衡常数K=__________。

②达到平衡时，容器b中CH3OH的转化率为________。

③达到平衡时，容器c中CH3OCH3的体积分数为________。

(3)由H2和CO可直接制备二甲醚：2CO2(g)＋4H2(g)=CH3OCH(g)＋H2O(g) ΔH＝__________；为提高反应物的转化率，根据化学反应原理，理论上应采取的措施是________(填序号)。

A.高温高压 B.低温低压 C.高温低压 D.低温高压

(4)有研究者用Cu-Zn-Al和Al2O3作催化剂,压强为5.0 MPa的条件下，由合成气[=2]直接制备二甲醚，结果如下图所示.已知:选择性=×100%。则有图可知二甲醚的选择性达最大值时对应的温度是____________。

(5)2016年，我国的两个科研团队在合成气直接制备低碳烯烃(nCO+2nH2CnH2n+nH2O)的研究中连续取得重大突破，论文分别发表在《德国应用化学》（2016.03.16）、《Nature》（2016.10.06）杂志上。=2时，前者在400℃，1MPa的条件下，CO转化率为11%，低碳烯烃选择性达74%；后者在250℃，0.1～0.5MPa的条件下，CO转化率为31.8%，低碳烯烃选择性为60.8%，则其中低碳烯烃的产率较大者的值为_________。

Answer 1

【答案】增大减小甲醇的量，平衡正向移动480%45%﹣204.7kJmol﹣1D290℃19.3%

【解析】

（1）二甲醚合成反应④对于CO转化率的影响，消耗甲醇，促进甲醇合成反应①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）平衡右移，CO转化率增大；

（2）① 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始浓度（mol/L） 0.20 0 0

起始浓度（mol/L） 0.16 0.08 0.08

起始浓度（mol/L） 0.04 0.08 0.08

387℃时，反应④的化学平衡常数K==4；

②根据①的分析可知容器a中甲醇的转化率为×100%=80%，因反应体系物质的量变化为0，容器b中在恒温恒容发生的反应转化率与容器a中相同仍为80%；

③ 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始浓度（mol） 0.20 0 0

起始浓度（mol） 0.18 0.09 0.09

起始浓度（mol） 0.02 0.09 0.09

达到平衡时，容器c中CH3OCH3的体积分数为×100%=45%；

（3）①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-90.1kJmol-1
④2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4=-24.5kJmol-1
依据盖斯定律①×2+④得到：2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g）△H=-204.7kJmol-1；根据平衡移动原理，增大压强或降低温度可使平衡正向移动，即采取措施低温高压提高反应物的转化率，答案为D；

（4）有图示可知当温度达到290℃时二甲醚的选择性达最大值；

（5）根据选择性=×100%可知，当CO转化率为11%，低碳烯烃选择性达74%时低碳烯烃的产率为74%×11%=8.14%，当CO转化率为31.8%，低碳烯烃选择性达60.8%时低碳烯烃的产率为31.8%×60.8%=19.3%。