题目

题型：不详难度：来源：

（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        。

答案

（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。