Question

中科院大連化學物理研究所的“煤基甲醇制取低碳烯烴技術（簡稱DMTO）”榮獲2014年度國家技術發明一等獎。DMTO技術主要包括煤的氣化、液化、烯烴化三個階段，相關反應的熱化學方程式如下：

(i)煤氣化制合成氣：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

(ii)煤液化制甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

(iii)甲醇制取低碳烯烴：2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH= -11.72kJ·mol-1……(a)

3CH3OH(g)C3H6(g)+3H2O(g) ΔH= -30.98kJ·mol-1……(b)

回答下列問題：

（1）已知：C(s)+CO2(g)=2CO(g) ΔH= +172.5kJ·mol-1，

CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH= -41.0kJ·mol-1

反應(i)能自發進行的條件是 （填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）。

（2）反應(ii)中以氫碳[n(H2)∶n(CO)]投料比為2制取甲醇，溫度、壓強與CO的平衡轉化率關系如下圖1。

①對于氣體參與的反應，表示平衡常數Kp時用氣體組分(B)的平衡壓強p(B)代替該氣體物質的量濃度c(B)，則A點時反應(ii)的Kp= （保留兩位有效數字，分壓=總壓×物質的量分數）。

②比較P1 P2，Kp(Q) Kp(R)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

③工業上常以銅基催化劑，壓強5MPa，溫度275℃下發生反應(ii)，CO轉化率可達到40%左右。為提高CO轉化率除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施有 （寫出2個）。

④若反應(ii)在恒容密閉容器內進行，T1溫度下甲醇濃度隨時間變化曲線如圖2所示；不改變其他條件，假定t2時刻迅速降溫到T2，t3時刻體系重新達到平衡。試在圖中畫出t2時刻后甲醇濃度隨時間變化趨勢圖(在圖中標出t3)。

（3）烯烴化階段：在常壓和某催化劑作用下，甲醇的平衡轉化率及乙烯、丙烯等物質的選擇性（指除了水蒸氣以外的產物中乙烯、丙烯等物質的物質的量分數）與反應溫度之間的關系如圖3。為盡可能多地獲得乙烯，控制反應溫度為550℃的理由是 。

Answer 1