Question

由合成气制备乙醇一般有两种方法：

（1）直接合成法①2CO₂(g) + 6H₂(g) CH₃CH₂OH(g) + 3H₂O(g)  △H₁

②2CO(g) +4H₂(g) CH₃CH₂OH(g) +H₂O(g)    △H₂= -253.6kJ·mol^-1

（2）间接合成法

合成气反应生成二甲醚（CH₃OCH₃），二甲醚羰基化合生成乙酸甲酯，乙酸甲酯加氢得到乙醇。其生产流程如下图所示：

③ 3CO(g) + 3H₂(g) CH₃OCH₃(g) + CO₂   △H₃= -260.2kJ·mol^-1

④ CH₃OCH₃(g) + CO(g) CH₃COOCH₃(g)

回答下列问题：

（1）在5MPa、起始投料量n(H₂):n(CO₂)=3：1时，测得不同温度时反应①中各物质的平衡组成如图1所示：

①反应①的△H₁       0，△S       0。（填“>”、“<”或“=”）

②已知CO(g) + H₂O(g) CO₂(g) + H₂(g)  △H= -41 kJ·mol^-1，则△H₁=           。

③500K时，反应达到平衡后，在t₁min时升温到600K，反应在t₂min重新达到平衡，请在图2中画出体系中水的体积分数在t₁min后的变化曲线。

（2）对反应③处于化学平衡状态时的描述，正确的是          。（填字母）。

A．CO的含量保持不变              B．容器中CH₃OCH₃浓度与CO₂浓度相等

C．3V_正（CO）=V_正(CH₃OCH₃)       D．体系的温度保持不变

（3）间接合成法中将甲醇（CH₃OH）循环使用的目的是                                            。

（4）在2Mpa、T℃时1L的恒容容器中，充入1.0mol乙酸甲酯和2.0mol氢气，发生反应⑤，经t min后反应达到平衡，测得乙酸甲酯的转化率为75%。则氢气的反应速率v(H₂)=           ，平衡常数K=        。

Answer

（1）①<；<②－171.6kJ·mol-1

③（达平衡时H2O%大于40%小于45%）

（2）AD

（3）由于甲醇分子间脱水可生成二甲醚，既实现了甲醇的回收利用，又增加了甲醚的含量，提高了目标产物的产率。（“实现甲醇的回收利用，提高原子利用率”等合理答案都给分，）

（4）1.5/t mol·L-1·min-1；9

【解析】

试题分析：①根据图示，升高温度，乙醇的含量减小，平衡逆向移动，正反应放热，△H1<0；正反应是气体物质的量减少的反应，所以△S<0；②2CO(g) +4H2(g) CH3CH2OH(g) +H2O(g) △H2= -253.6kJ·mol-1；⑤CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) △H= -41 kJ·mol-1；根据盖斯定律，②－⑤×2得：2CO2(g) + 6H2(g) CH3CH2OH(g) + 3H2O(g) △H1=－171.6kJ·mol-1；③500K时，反应达到平衡后，在t1min时升温到600K，反应在t2min重新达到平衡，水的体积分数由60%降至达平衡时H2O%大于40%小于45%，；

（2）对反应③处于化学平衡状态时的描述，正确的是 。（填字母）。

A．根据定义，CO的含量保持不变，一定平衡；B容器中CH3OCH3浓度与CO2浓度相等，不一定平衡；

C．根据定义V正=V逆，达到平衡，3V正（CO）=V正(CH3OCH3) 不一定平衡 D．体系的温度保持不变，一定平衡；

（3）间接合成法中将甲醇（CH3OH）循环使用的目的是实现甲醇的回收利用，提高原子利用率。

（4）CH3COOCH3+2H2→CH3CH2OH+ CH3OH

开始 1 2 0 0

转化 0.75 1.5 0.75 0.75

平衡 0.25 0.5 0.75 0.75

在2Mpa、T℃时1L的恒容容器中，充入1.0mol乙酸甲酯和2.0mol氢气，发生反应⑤，经t min后反应达到平衡，测得乙酸甲酯的转化率为75%。则氢气的反应速率v(H2)= 1.5/t mol·L-1·min-1，平衡常数K=9。

考点：本题考查化学反平衡、反应热。