Question

【题目】(1)乙基叔丁基醚(以ETBE表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂。用乙醇与异丁烯(以IB表示)在催化剂HZSM－5催化下合成ETBE，反应的化学方程式为：C2H5OH(g)+IB(g)=ETBE(g) △H。回答下列问题：

反应物被催化剂HZSM－5吸附的顺序与反应历程的关系如图所示，该反应的△H=__________ kJ·mol-1。反应历程的最优途径是________(填C1、C2或C3)。

(2)开发清洁能源是当今化工研究的一个热点问题。二甲醚(CH3OCH3)在未来可能替代柴油和液化气作为洁净液体燃料使用，工业上以CO和H2为原料生产CH3OCH3。工业制备二甲醚在催化反应室中(压力2.0～10.0Mpa，温度230～280℃)进行下列反应：

反应ⅰ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-99kJ·mol1

反应ⅱ：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.5kJ·mol1

反应ⅲ：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.2kJ·mol1

①在该条件下，若反应1的起始浓度分别为：c(CO)=0.6mol·L1，c(H2)=1.4mol·L1，8min后达到平衡，CO的转化率为50%，则8min内H2的平均反应速率为__________。

②在t℃时，反应2的平衡常数为400，此温度下，在1L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c(mol·L1)	0.46	1.0	1.0

此时刻v正___v逆(填“＞”“＜”或“＝”)，平衡时c(CH3OCH3)的物质的量浓度是___。

③催化反应室的总反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)，CO的平衡转化率α(CO)与温度、压强的关系如图所示，图中X代表___(填“温度”或“压强”)，且L1___L2(填“＞”“＜”或“＝”)。

④在催化剂的作用下同时进行三个反应，发现随着起始投料比的改变，二甲醚和甲醇的产率(产物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率)呈现如图的变化趋势。试解释投料比大于1.0之后二甲醚产率和甲醇产率变化的原因：______________。

Answer 1

【答案】-4a C3 0.075mol·L-1·min-1 ＞ 1.2mol·L-1 温度 ＞ 当投料比大于1时，随着c(H2)增大，反应ⅰ被促进，而反应ⅲ被抑制，c(H2O)增大，最终抑制反应ⅱ，因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小

【解析】

(1)由图可知，反应物的总能量为5a kJ·mol-1，生成物的总能量为a kJ·mol-1，所以反应的△H= - 4 kJ·mol-1。反应历程的最优途径是C3，其所需要的活化能最小；

(2)①在该条件下，若反应ⅰ的起始浓度分别为：c(CO)=0.6mol·L1，c(H2)=1.4mol·L1，8min后达到平衡，CO的转化率为50%，则8min内H2的平均反应速率为： ；

②在t℃时，此时反应ⅱ有：，所以此时刻v正＞v逆，由表中数据及反应ⅱ列出三段式，可求出加入的甲醇的量为2.46 mol，平衡时设c(CH3OCH3)的物质的量浓度为x mol/L，则有，解得x=1.2；

③催化反应室的总反应3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)是由反应式ⅰ×2+ⅱ+ⅲ而得，故该总反应的ΔH=ΔH1×2+ΔH2+ΔH3= -262.7 kJ·mol1＜0，该反应是放热反应，若升温，其CO的平衡转化率会降低，该总反应是气体系数减小的反应，若增压，则CO的平衡转化率会增大，根据图的走向可知，横坐标X代表的是温度，那么L代表的是压强，根据压强增大CO的平衡转化率也增大可判断，L1＞L2；

④当投料比大于1时，随着c(H2)增大，反应ⅰ被促进，而反应ⅲ被抑制，c(H2O)增大，最终抑制反应ⅱ，因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小。