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        1. 【題目】發(fā)展以煤制乙烯、丙烯、丁烯等低碳烯烴,部分替代石油化工產(chǎn)品的道路是我國保障能源安全戰(zhàn)略的重要措施。間接法是先由煤制合成氣(組成為H2、CO和少最的CO2)制備甲醇或二甲醚(CH3OCH3),其主要過程包括以下四個反應:

          甲醇合成反應:

          CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1=-90.1 kJmol-1

          CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) H2=-49.0kJmol-1

          水煤氣變換反應:

          CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g) H3=-41.1kJmol-1

          二甲醚合成反應:

          2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) H4=-24.5kJmol-1

          回答下列問題:

          (1)分析上述反應(均可逆),發(fā)生反應④對于CO轉(zhuǎn)化率的影響是_______(填增大、減小無影響,其理由是__________

          (2)在二個體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生上述二甲醚合成反應④。實驗數(shù)據(jù)見下表:

          容器編號

          溫度(℃)

          起始物質(zhì)的量(mol)

          平衡物質(zhì)的量(mol)

          CH3OH(g)

          CH3OCH3(g)

          H2O(g)

          CH3OCH3(g)

          H2O(g)

          a

          387

          0.20

          0

          0

          0.080

          0.080

          b

          387

          0.40

          0

          0

          c

          207

          0.20

          0

          0

          0.090

          0.090

          387℃時,反應的化學平衡常數(shù)K=__________。

          達到平衡時,容器bCH3OH的轉(zhuǎn)化率為________。

          達到平衡時,容器cCH3OCH3的體積分數(shù)為________。

          (3)H2CO可直接制備二甲醚:2CO2(g)4H2(g)=CH3OCH(g)H2O(g) ΔH__________;為提高反應物的轉(zhuǎn)化率,根據(jù)化學反應原理,理論上應采取的措施是________(填序號)。

          A.高溫高壓 B.低溫低壓 C.高溫低壓 D.低溫高壓

          (4)有研究者用Cu-Zn-AlAl2O3作催化劑,壓強為5.0 MPa的條件下,由合成氣[=2]直接制備二甲醚,結(jié)果如下圖所示.已知:選擇性=×100%。則有圖可知二甲醚的選擇性達最大值時對應的溫度是____________。

          (5)2016年,我國的兩個科研團隊在合成氣直接制備低碳烯烴(nCO+2nH2CnH2n+nH2O)的研究中連續(xù)取得重大突破,論文分別發(fā)表在《德國應用化學》(2016.03.16)、《Nature》(2016.10.06)雜志上。=2時,前者在400℃1MPa的條件下,CO轉(zhuǎn)化率為11%,低碳烯烴選擇性達74%;后者在250℃,0.10.5MPa的條件下,CO轉(zhuǎn)化率為31.8%,低碳烯烴選擇性為60.8%,則其中低碳烯烴的產(chǎn)率較大者的值為_________

          【答案】增大減小甲醇的量,平衡正向移動480%45%﹣204.7kJmol1D29019.3%

          【解析】

          (1)二甲醚合成反應對于CO轉(zhuǎn)化率的影響,消耗甲醇,促進甲醇合成反應CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)平衡右移,CO轉(zhuǎn)化率增大;

          (2) 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

          起始濃度(mol/L) 0.20 0 0

          起始濃度(mol/L) 0.16 0.08 0.08

          起始濃度(mol/L) 0.04 0.08 0.08

          387時,反應的化學平衡常數(shù)K==4;

          根據(jù)的分析可知容器a中甲醇的轉(zhuǎn)化率為×100%=80%,因反應體系物質(zhì)的量變化為0,容器b中在恒溫恒容發(fā)生的反應轉(zhuǎn)化率與容器a中相同仍為80%;

          2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

          起始濃度(mol) 0.20 0 0

          起始濃度(mol) 0.18 0.09 0.09

          起始濃度(mol) 0.02 0.09 0.09

          達到平衡時,容器c中CH3OCH3的體積分數(shù)為×100%=45%;

          (3)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)H1=-90.1kJmol-1
          2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)H4=-24.5kJmol-1
          依據(jù)蓋斯定律×2+得到:2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3+H2O(g)H=-204.7kJmol-1;根據(jù)平衡移動原理,增大壓強或降低溫度可使平衡正向移動,即采取措施低溫高壓提高反應物的轉(zhuǎn)化率,答案為D;

          (4)有圖示可知當溫度達到290時二甲醚的選擇性達最大值;

          (5)根據(jù)選擇性=×100%可知,當CO轉(zhuǎn)化率為11%,低碳烯烴選擇性達74%時低碳烯烴的產(chǎn)率為74%×11%=8.14%,當CO轉(zhuǎn)化率為31.8%,低碳烯烴選擇性達60.8%時低碳烯烴的產(chǎn)率為31.8%×60.8%=19.3%。

          練習冊系列答案
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