Question

二甲醚(CH₃OCH₃)常作为甲基化试剂用于生产硫酸二甲酯，CO₂催化加氢合成二甲醚的过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO₂(g)+H₂(g)⇌CO(g)+H₂O(g)    ΔH₁=+41.2kJ·mol^-1

反应Ⅱ：2CO₂(g)+6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)    ΔH₂=-122.5kJ·mol^-1

回答下列问题：

(1)2CO(g)+4H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)    ΔH=______，欲提高该反应中CH₃OCH₃(g)的平衡产率，理论上应采取的措施是______(填标号)。

A.低压高温        B.高压低温            C.高压高温        D.低压低温

(2)一定温度下，在恒容密闭器容中发生反应Ⅱ，下列能判断反应达到平衡状态的有______(填标号)。

A.v_正(CO₂)=2v_逆(CH₃OCH₃)

B.气体的压强不再变化

C单位时间每消耗2molCO₂，同时产生1molCH₃OCH₃

D.H₂与H₂O的物质的量之比为2:1

(3)在恒压、CO₂和H₂的起始量一定条件下，CO₂平衡转化率和平衡时CO的选择性(CO的选择性=×100%)随温度的变化如图。T℃时，起始投入2molCO₂、6molH₂，达到平衡时，反应I理论上消耗H₂的物质的量为______；合成二甲醚时较适宜的温度为260℃，其原因是______。

(4)一定温度下，向容积为2L的恒容密闭器容中充入CO(g)和H₂O(g)，发生反应：CO(g)+H₂O(g)⇌CO₂(g)+H₂(g)。CO和H₂O的平衡转化率(a)与起始充入的的关系如图所示：

①a:b=______。

②图中表示CO变化趋势的曲线为______(填“L₁”或“L₂”)；该温度下，反应的平衡常数K=______。

Answer

-204.9kJ•mo1-1 B AB 0.2mol 温度过低，反应速率太慢，温度过高，CO选择性过大，二甲醚的选择性减小 l：3 L2 9

【解析】

(1)已知反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41.2kJ·mol-1

反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH2=-122.5kJ·mol-1

根据盖斯定律可知反应Ⅱ－反应Ⅰ×2即得到2CO(g)+4H2(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-204.9kJ•mo1-1，该反应是体积减小的放热反应，则欲提高该反应中CH3OCH3(g)的平衡产率，理论上应采取的措施是高压低温，答案选B；

(2)A.v正(CO2)=2v逆(CH3OCH3)表示正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A正确；B.正反应体积减小，因此气体的压强不再变化说明反应达到平衡状态，B正确；C.单位时间每消耗2molCO2，同时产生1molCH3OCH3均表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，C错误；D.H2与H2O的物质的量之比为2:1不能说明正逆反应速率相等，反应不一定处于平衡状态，D错误；答案选AB；

(3)该温度下CO的选择性是25%，二氧化碳的转化率为40%，则反应的n（CO2）=40%×2mol=0.8mol，CO的选择性=×100%=25%，因此生成的CO物质的量=25%×0.8mol=0.2mol，结合化学方程式定量关系计算反应Ⅰ消耗氢气物质的量为0.2mol；由于温度过低，反应速率太慢，温度过高，CO选择性过大，二甲醚的选择性减小，所以该催化剂条件下合成二甲醚时较适宜的温度为260℃；

(4)①CO的浓度越大，水蒸气的转化率越高，CO的转化率越低，因此表示CO变化趋势的曲线是L2，当＝3时，根据三段式可知

则b＝3a，所以a:b=l：3。

②根据以上分析可知图2中表示CO变化趋势的曲线为L2；该温度下当＝1时反应物转化率均是0.75，则根据三段式可知，

反应前后体积不变，则反应的平衡常数K=＝9。