Question

（15分）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＝－90.7 kJ·mol－1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝－23.5 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3＝－41.2 kJ·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)=2通入1 L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、压强变化关系如图所示：

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，

250℃时，将2 molCO和6 molH2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

（1）-246.1；

（2）①K=[CH3OCH3][H2O]/ [H2]4[CO]2； P1＞P2＞P3；②大于；

（3）0.16mol/（L?min）；300℃；；

（4）硫酸是强酸，具有较强的腐蚀性，能腐蚀设备。

【解析】

试题分析：（1）①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H1＝－90.7 kJ·mol－1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) △H2＝－23.5 kJ·mol－1

③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H3＝－41.2 kJ·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；（2）①根据反应4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)知，该反应的平衡常数表达式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，结合题给图像知，P1＞P2＞P3；②若在P3和316℃时，起始时起始时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%；（3）由题给图像知，甲醇的浓度变化为0.8mol/L， V（CH3OH）=△c/△t=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=3mol/L×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       0.5 0.5

平衡浓度（1mol/L）   2       0.5 0.5

K=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，图象见答案；（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。

考点：考查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。