Question

中国科学院大连物理研究所的“甲醇制取低碳烯烃（DMTO）技术”获2014年度国家技术发明一等奖，该技术是先由煤气化制取合成气，再由合成气制取甲醇．
（1）煤气化包含一系列化学反应，已知：
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ?mol^-1，
C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ?mol^-1；
则反应CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）的△H₃=

 

kJ?mol^-1；
（2）以投料比

n(H2)

n(CO)

=2制取甲醇，发生反应，CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H，温度、压强与CO的平衡转化率关系如下图所示：
①△H

 

0，P₁

 

P₂，（填“＞”或“＜”）
②5MPa、200℃时，M点的V_正

 

（填“＞”或“＜”或“=”）V_逆．
③N点CO的平衡转化率为0.8，此时该反应的平衡常数为

 

（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
④若提高起始时的投料比[

n(H2)

n(CO)

]，则CO的平衡转化率将

 

（填”增大““减小”或“不变”）．
⑤实际工业生产中大多采用的条件为5MPa和230～270℃，由下表可知其优点是

 

．

方法	催化剂	条件		备注	特点
		压力/MPa	温度/℃
高压法	ZnO-Cr2O3 二元催化剂	25-30	380-400	1924年工业化	（1）催化剂不易中毒，再生困难 （2）副反应多
低压法	CuO-ZnO-Al2O3 三元催化剂	5	230-270	1966年工业化	（1）催化剂易中毒，再生容易 （2）副反应少

（3）对于甲醇制乙烯的反应2CH₃OH（g）=C₂H₄（g）+2H₂O（g）△H=-29.1kJ?mol^-1，提高甲醇的转化率可采取的措施是

 

（任写两条）

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）利用盖斯定律进行计算；
（2）①分析图象可知，一氧化碳转化率随温度升高减小，说明平衡逆向进行分析反应能量变化；
增大压强，平衡向着气体体积减小的方向移动；
②5MPa、200℃时，M点在平衡曲线的上方，故应向CO转化率减小的方向移动，即平衡逆向移动；
③列出Kp表达式，利用三段法计算平衡分压带入表达式计算即可；
④增大氢气的浓度，平衡正向移动；
⑤由表可知其优点是：1、压强低，对设备要求不高；2、反应温度低，节省能源；3、催化剂再生容易，副反应少；
（3）为提高甲醇的转化率，反应是放热反应，降低温度平衡正向进行；减小压强，平衡正向移动；分离出乙烯，平衡正向移动．

解答： 解：（1）C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₁=+131.3kJ?mol^-1，①
C（s）+CO₂（g）=2CO（g））△H₂=+172kJ?mol^-1；②
由①-②得CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g），△H₃=-40.7kJ?mol^-1；
故答案为：-40.7；
（2）①由图象可知，一氧化碳转化率随温度升高减小，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，故△H＜0；
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），增大压强，平衡正向移动，CO的转化率增大，故P₁＞P₂，
故答案为：＜，＞；
②5MPa、200℃时，M点在平衡曲线的上方，故应向CO转化率减小的方向移动，即平衡逆向移动，故V_正＜V_逆；
故答案为：＜；
③设氢气的物质的量为2xmol，则CO的物质的量为xmol，
      CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），
起始：x      2x
转化：y      2y         y
平衡：x-y     2x-2y      y
CO的平衡转化率=

y

x

=0.8，y=0.8x
则CO的物质的量为0.2x，氢气的物质的量为0.4x，CH₃OH的物质的量为0.8x，总的物质的量为1.4x，
CO占

0.2x

1.4x

=

1

7

，氢气占

2

7

，甲醇占

4

7

，则CO的分压为

1

7

×5=0.714MPa，氢气的分压为1.429MPa，甲醇的分压为2.857MPa，
故Kp=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

2.857

0.714×1.429×1.429

=1.96（MPa）^-2，
故答案为：1.96（MPa）^-2；
④提高起始时的投料比[

n(H2)

n(CO)

]，相当于增大氢气的浓度，平衡正向移动，CO的平衡转化率将增大，
故答案为：增大；
⑤由表可知其优点是：1、压强低，对设备要求不高；2、反应温度低，节省能源；3、催化剂再生容易，副反应少；
故答案为：1、压强低，对设备要求不高；2、反应温度低，节省能源；3、催化剂再生容易，副反应少；
（3）为提高甲醇的转化率，反应是放热反应，降低温度平衡正向进行；减小压强，平衡正向移动；分离出乙烯，平衡正向移动；
故答案为：降低温度、分离出乙烯．

点评：本题考查盖斯定律的应用、化学平衡的影响因素、平衡常数的计算，反应速率影响因素分析判断知识，题目难度较大．