Question

下圖是煤化工產業鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:

Ⅰ.已知該產業鏈中某反應的平衡常數表達式為:K=,寫出它所對應反應的化學方程式: 

　。 

Ⅱ.二甲醚(CH3OCH3)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用。工業上以CO和H2為原料生產CH3OCH3。工業制備二甲醚在催化反應室中(壓力2.0～10.0 MPa,溫度230～280 ℃)進行下列反應:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH1=-90.7 kJ·mol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

ΔH2=-23.5 kJ·mol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

ΔH3=-41.2 kJ·mol-1

(1)寫出催化反應室中三個反應的總反應的熱化學方程式: 。

(2)在某溫度下,2 L密閉容器中發生反應①,起始時CO、H2的物質的量分別為2 mol和6 mol,3 min后達到平衡,測得CO的轉化率為60%,則3 min內CO的平均反應速率為　　　　　　　　。若同樣條件下起始時CO物質的量為4 mol,達到平衡后CH3OH為2.4 mol,則起始時H2為　　　　mol。

(3)下列有關反應③的說法正確的是　　　　。

A.在體積可變的密閉容器中,在反應③達到平衡后,若加壓,則平衡不移動、混合氣體平均相對分子質量不變、混合氣體密度不變

B.若830 ℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中反應③的K＞1.0

C.某溫度下,若向已達平衡的反應③中加入等物質的量的CO和H2O(g),則平衡右移、平衡常數變大

(4)為了尋找合適的反應溫度,研究者進行了一系列實驗,每次實驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變,實驗結果如圖,

則CO轉化率隨溫度變化的規律是  　。

其原因是 　。

 

Answer 1

Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

Ⅱ.(1)3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)

ΔH=-246.1 kJ·mol-1

(2)0.2 mol·L-1·min-1　8.4　(3)B

(4)溫度低于240 ℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240 ℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而減小

在相等的時間里,在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉化率減小

【解析】Ⅰ.生成物中有CO,根據原子守恒,反應物中有固體C,

C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)。

Ⅱ.(1)①×2+②+③得到

3CO(g)+3H2(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)　

ΔH=-246.1 kJ·mol-1。

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度(mol·L-1)130

轉化濃度(mol·L-1)0.61.20.6

平衡濃度(mol·L-1)0.41.80.6

v(CO)===0.2 mol·L-1·min-1。

設起始時H2濃度為x mol·L-1,

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始濃度(mol·L-1)2x0

轉化濃度(mol·L-1)1.22.41.2

平衡濃度(mol·L-1)0.8x-2.41.2

條件不變,平衡常數不變:

=,

x=4.2,

則起始時加入的H2的物質的量為:

4.2 mol·L-1×2 L=8.4 mol。

(3)反應③是一個反應前后氣體體積不變的反應,加壓、容器體積減小,平衡不移動,混合氣體平均相對分子質量不變,混合氣體密度增大,A錯;催化反應室中溫度230～280 ℃,低于830 ℃,利于反應正向進行,K增大,K＞1.0,B正確;溫度不變,平衡常數不變,C錯。