Question

二甲醚（DME）和甲醇是21世纪应用最广泛的两种清洁燃料，目前工业上均可由合成气在特定催化剂作用下制得．
（1）由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1
则反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）将合成气以

n(H2)

n(CO)

通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：
4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
其中CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1：
①该反应的平衡常数表达式为

 

；P₁、P₂、P₃由大到小的顺序为

 

．
②若反应在P₃和316℃时，起始时

n(H2)

n(CO)

=3，则达到平衡时，CO的转化率

 

50%（填“大于”、“小于”或“等于”）．

（3）由合成气合成甲醇的反应的温度与平衡常数（K）的关系如表数据，

温度 （℃）	250	300	350
平衡常数（k）	2.04	0.25	0.01

250℃时，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中发生反应，反应时间与物质浓度的关系如图2所示，则前10分钟内，氢气的平均反应速率为

 

；若15分钟时，只改变温度一个条件，假设在20分钟时达到新平衡，氢气的转化率为33.3%，此时温度为

 

（从上表中选），请在图中画出15-25分钟c（CH₃OH）的变化曲线．
（4）利用甲醇液相脱水也可制备二甲醚，原理是：CH₃OH+H₂SO₄→CH₃HSO₄+H₂O，CH₃HSO₄+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄．与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低，转化率高，其缺点是

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡建立的过程,物质的量或浓度随时间的变化曲线,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）依据已知的热化学方程式和盖斯定律计算解答；
（2）①平衡常数表达式=生成物浓度幂之积：反应物浓度幂之积；该反应正方向为体积减小的方向，根据压强对CO转化率的影响分析；
②若在P₃和316℃时，起始时

n(H2)

n(CO)

=3，则增大了氢气的量，可以提高一氧化碳的转化率；
（3）根据图2求出V（CH₃OH），然后依据不同物种表示的速率之比等于计量系数之比求出V（H₂）；
改变条件后依据氢气的转化率列三段，求出该温度下K判断；
合成甲醇的反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动所以从15min起CH₃OH浓度逐渐减小据此画图；
（4）根据硫酸的性质分析．

解答： 解：（1）①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1，
根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ?mol^-1，
故答案为：-246.1；
（2）①平衡常数表达式K=

[CH3OCH3][H2O]

[H2]4[CO]2

；该反应正方向为体积减小的方向，增大压强CO的转化率增大，所以P₁＞P₂＞P₃；
故答案为：K=

[CH3OCH3][H2O]

[H2]4[CO]2

；P₁＞P₂＞P₃；
②若在P₃和316℃时，起始时

n(H2)

n(CO)

=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%；
故答案为：大于；
（3）V（CH₃OH）=

△c

△t

=

0.8mol/L

10min

=0.08mol/（L?min），根据方程式得V（CH₃OH）：V（H₂）=1：2，所以V（H₂）=2×0.08mol/（L?min）=0.16mol/（L?min）；
改变温度，假设在20分钟时达到新平衡，氢气的转化率为33.3%，则氢气转化的浓度为△C=

6mol

2L

×33.3%=1mol/L，
                   2H₂（g）+CO（g）    CH₃OH（g）
起始浓度（1mol/L）   3       1          0
转化浓度（1mol/L）   1      

1

2

         

1

2

平衡浓度（1mol/L）   2      

1

2

          

1

2

K=

1 2

2×2× 1 2

=0.25，所以该温度为300℃；
由反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1，该反应为吸热反应，温度升高平衡向移动，甲醇含量减小，所以图象为：；
故答案为：0.16mol/（L?min）；300℃；；
（4）该反应有硫酸参加，因为硫酸是强酸，具有较强的腐蚀性，能腐蚀设备；
故答案为：H₂SO₄腐蚀设备或有硫酸废液产生．

点评：本题考考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，平衡常数的计算及应用，影响平衡的因素分析判断，题目涉及的知识点较多，综合性较强，题目难度中等．