Question

8．二甲醚（CH₃OCH₃）是無色氣體，可作為一種新型能源．由合成氣（組成為H₂、CO和少量的CO₂）直接制備二甲醚，其中的主要過程包括以下四個(gè)反應(yīng)：甲醇合成反應(yīng)：
（i）CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
（ii）CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1
水煤氣變換反應(yīng)：
（iii）CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂ （g）△H₃=-41.1kJ•mol^-1
二甲醚合成反應(yīng)：
（iV）2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
（1）分析二甲醚合成反應(yīng)（iV）對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（Ⅰ）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)（Ⅲ）消耗部分CO．
（2）由H₂和CO直接制備二甲醚（另一產(chǎn)物為水蒸氣）的熱化學(xué)方程式為2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1．
根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，分析增加壓強(qiáng)對(duì)直接制備二甲醚反應(yīng)的影響：該反應(yīng)分子數(shù)減少，壓強(qiáng)升高使平衡右移，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加．壓強(qiáng)升高使CO和H₂濃度增加，反應(yīng)速率增大．
（3）有研究者在催化劑（含Cu-Zn-Al-O和Al₂O₃）、壓強(qiáng)為5.0MPa的條件下，由H₂和CO直接制備二甲醚，結(jié)果如圖所示．其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是：反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移．

Answer 1

分析 （1）二甲醚合成反應(yīng)（Ⅳ）對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響，結(jié)合甲醇合成反應(yīng)，水煤氣變換反應(yīng)和化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，依據(jù)計(jì)算得到的反應(yīng)結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷增大壓強(qiáng)的影響；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡特征和平衡移動(dòng)原理分析；

解答 解：（1）二甲醚合成反應(yīng)（Ⅳ）對(duì)于CO轉(zhuǎn)化率的影響，消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（Ⅰ）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)（Ⅲ）CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂ （g）消耗部分CO，
故答案為：消耗甲醇，促進(jìn)甲醇合成反應(yīng)（Ⅰ）平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；生成的H₂O，通過水煤氣變換反應(yīng)（Ⅲ）消耗部分CO；
（2）Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅳ、2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₄=-24.5kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律Ⅰ×2+Ⅳ得到：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1
該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增加壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)速率增大，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ•mol^-1；該反應(yīng)分子數(shù)減少，壓強(qiáng)升高使平衡右移，CO和H₂轉(zhuǎn)化率增大，CH₃OCH₃產(chǎn)率增加．壓強(qiáng)升高使CO和H₂濃度增加，反應(yīng)速率增大；
（3）CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低，是因?yàn)榉磻?yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，故答案為：反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備原理分析，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡移動(dòng)原理的分析判斷，題目難度中等．