Question

20．碳循環是地球上重要的物質循環，碳循環包含石油及石油制品的研發應用．石油工業上用兩步法生產二甲醚，其工藝流程如下：

反應室Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
反應室Ⅱ：2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
（1）欲提高反應室Ⅰ中CO的轉化率，可以采取的方法有增大氫氣濃度、不斷分離出甲醇或者加壓．
（2）反應室Ⅰ（恒容10L）中有關反應數據如下：

序號	溫度（°C）	起始濃度（mol•L-1）			平衡濃度（mol•L-1）
		CO	H2	CH3OH	CO	H2	CH3OH
①	T	1	3	0	0.2	1.4	0.8
②	T	1.5	4.6	0.1	b1	b2	b3
③	T+30	1	3	0	0.25	1.5	0.75

①圖1表示反應室Ⅰ中不同溫度下序號1（曲線m）和序號3（曲線n） 反應中CO轉化率隨時間變化的曲線，請在答題紙上的圖4中補畫出曲線n．
②判斷：$\frac{{b}_{3}}{{b}_{1}}$＞4（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）圖2表示甲醇或二甲醚體積分數隨氫碳比$\frac{n（{H}^{2}）}{n（CO）}$的變化情況，從圖中可以得到的結論是C．
A．提高氫碳比可以加快反應速率
B．提高氫碳比可以提高氫氣的轉化率
C．按方程式系數比投料時甲醇或二甲醚體積分數最大
D．對于同一反應氫碳比越大，生成物濃度越大
（4）已知某溫度下下列熱化學方程式：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-20.59kJ•mol^-1，則2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-221.51kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據通過改變溫度、壓強或者減小生成物濃度使平衡正向移動，則可提高反應室Ⅰ中CO的轉化率；
（2）①序號3平衡時CH₃OH小于序號1，則升溫平衡逆向移動結合升溫反應速率加快分析；
②序號2將0.1mol/L的CH₃OH全部轉化到左邊，即相對于開始CO濃度1.6mol/L，H₂濃度4.8mol/L，與序號1CO濃度1mol/L，H₂濃度3mol/L成比例，則序號2相對于序號1增大壓強，所以平衡正向移動，據此分析；
（3）根據圖象可以看出，對于同一反應隨著氫碳比增大，甲醇或二甲醚體積分數先增大后減小；對于不同反應，相同氫碳比，二甲醚體積分數大于甲醇體積分數；
（4）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ•mol^-1①
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-20.59kJ•mol^-1 ②
 根據蓋斯定律①×2+②計算．

解答 解：（1）反應CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），則增大氫氣濃度，平衡正向移動，CO的轉化率增大；不斷分離出甲醇，平衡正向移動，CO的轉化率增大；加壓，平衡正向移動，CO的轉化率增大；故答案為：增大氫氣濃度；不斷分離出甲醇或者加壓；
（2）①由圖表數據，序號3平衡時CH₃OH濃度小于序號1，則說明升溫平衡逆向移動，又升溫反應速率加快，所以曲線n相對于曲線m，反應速率快，但平衡平衡逆向移動，CO的轉化率小，則曲線n為：，故答案為：；

②序號2將0.1mol/L的CH₃OH全部轉化到左邊，即相對于開始CO濃度1.6mol/L，H₂濃度4.8mol/L，與序號1CO濃度1mol/L，H₂濃度3mol/L成比例，則序號2相對于序號1增大壓強，所以平衡正向移動，又序號1$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）}$=$\frac{0.8}{0.2}$=4，所以序號2$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）}$=$\frac{{b}_{3}}{{b}_{1}}$＞4，故答案為：＞；
（3）根據圖象可以看出，對于同一反應隨著氫碳比增大，甲醇或二甲醚體積分數先增大后減小，并且氫碳比為2時甲醇或二甲醚體積分數最大，所以按方程式系數比投料時甲醇或二甲醚體積分數最大；對于不同反應，相同氫碳比，二甲醚體積分數大于甲醇體積分數；所以只有C可以從圖中得出；故選：C；
（4）CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ•mol^-1①
2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-20.59kJ•mol^-1 ②
根據蓋斯定律①×2+②得：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=2×△H₁+△H₂=-221.51kJ•mol^-1
故答案為：-221.51．

點評 本題考查了外界條件對化學平衡的影響、等效平衡的應用、圖象分析判斷的方法、蓋斯定律的計算等，掌握基礎是解題的關鍵，題目難度中等．