Question

6．在一定條件下，將燃煤廢氣中的CO₂轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)為：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H
已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ•mol^-1
（1）△H=2△H₁+△H₂-2△H₃．（用△H₁、△H₂和△H₃表示）
（2）某溫度下，在體積固定為2L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，將1mol CO和2mol H₂混合，測(cè)得不同時(shí)刻的反應(yīng)前后壓強(qiáng)關(guān)系如下：

時(shí)間（min）	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)比（P后/P前）	0.98	0.90	0.80	0.70	0.70	0.70

則達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為45%．
（3）已知在某壓強(qiáng)下，該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比[n（H₂）/n（CO₂）]時(shí)，CO₂的轉(zhuǎn)化率如右圖所示．從圖中可得出三條主要規(guī)律：
①增大投料比，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大；
②升高溫度，CO₂的轉(zhuǎn)化率降低；
③溫度越低，增大投料比使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的越顯著．
（4）為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，除了適當(dāng)改變溫度、壓強(qiáng)和投料比外，還可以采取的措施是：將水蒸汽液化移去（或移去產(chǎn)物）．
（5）由甲醇液相脫水法也可制二甲醚，首先將甲醇與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸氫甲酯（CH₃OSO₃H）：CH₃OH+H₂SO₄→CH₃OSO₃H+H₂O；生成的硫酸氫甲酯再和甲醇反應(yīng)生成二甲醚，第二步的反應(yīng)方程式為：CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄．與CO₂和H₂反應(yīng)制備二甲醚比較，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，轉(zhuǎn)化率高，其缺點(diǎn)是濃H₂SO₄腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律通過(guò)①×2+②+2×③計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變即可；
（2）溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)后氣體體積的物質(zhì)的量，從而計(jì)算CO反應(yīng)的物質(zhì)的量，根據(jù)CO反應(yīng)的物質(zhì)的量計(jì)算其轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（3）根據(jù)圖象可知，[n（H₂）/n（CO₂）]越大，CO₂的轉(zhuǎn)化率越大，溫度越高，CO₂的轉(zhuǎn)化率小，且圖中不同溫度線的斜率不同，據(jù)此答題；
（4）根據(jù)平衡移動(dòng)的影響因素判斷；
（5）根據(jù)元素守恒可寫(xiě)出化學(xué)方程式，根據(jù)硫酸的性質(zhì)分析該工藝的缺點(diǎn)；

解答 解：（1）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，通過(guò)①×2+②+2×③可得所求反應(yīng)方程式，則△H=2△H₁+△H₂-2△H₃；
故答案為：2△H₁+△H₂-2△H₃；
（2）溫度、體積不變的可逆反應(yīng)中，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，15min，壓強(qiáng)比（P_后/P_前）=0.80，則反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量=3mol×0.80=2.40mol，氣體減少的物質(zhì)的量=3mol-2.4mol=0.6mol，根據(jù)氣體減少的物質(zhì)的量與CO之間的關(guān)系式知參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量$\frac{0.9mol}{2}$=0.45mol，則CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%，
故答案為：45%；
（3）根據(jù)圖象可知，[n（H₂）/n（CO₂）]越大，CO₂的轉(zhuǎn)化率越大，溫度越高，CO₂的轉(zhuǎn)化率小，且圖中不同溫度線的斜率不同，溫度越低，增大投料比使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的越顯著，
故答案為：升高溫度，CO₂的轉(zhuǎn)化率降低；溫度越低，增大投料比使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的越顯著；
（4）根據(jù)平衡移動(dòng)的影響因素可知，為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，可以將水蒸汽液化移去（或移去產(chǎn)物），
故答案為：將水蒸汽液化移去（或移去產(chǎn)物）；
（5）根據(jù)元素守恒可知硫酸氫甲酯再和甲醇反應(yīng)生成二甲醚的化學(xué)方程式為CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄，該反應(yīng)有硫酸參加，因?yàn)榱蛩崾菑?qiáng)酸，具有較強(qiáng)的腐蝕性，能腐蝕設(shè)備，所以根據(jù)硫酸的性質(zhì)可知該工藝的缺點(diǎn)是濃H₂SO₄腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生，
故答案為：CH₃OSO₃H+CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂SO₄；濃H₂SO₄腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生；

點(diǎn)評(píng) 本題考考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，轉(zhuǎn)化率的計(jì)算及，影響平衡的因素分析判斷，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．