Question

5．合成氣（CO+H₂）是一種重要的化工原料，在化工生產中具有十分廣泛的用途．下圖是以天然氣為主要原料制備合成氣，并用合成氣生產甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及煉鐵的一種工藝流程：

（1）在用合成氣煉鐵的流程中，向燃燒室通入甲烷與氧氣的最佳體積配比V（CH₄）：V（O₂）為1：2．
（2）尾氣Y的成分與合成氣的配比有關，則合成二甲醚時所發生的反應可能有2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O、3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂．
（3）在催化反應室中所發生的反應為可逆反應，則低壓（填“高壓”或“低壓”）有利于合成氣的合成．
（4）以Cu₂O/ZnO為催化劑，由合成氣合成甲醇可在一定溫度和壓強下自發進行，則反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在高溫、低壓條件下一定不能自發進行．為探究合成甲醇的適宜溫度和壓強，某同學設計了如下三組實驗：

實驗編號	n（H 2）/n（CO）	T/℃	P/MPa
i	m1	250	1
ii	3	T1	5
iii	m2	350	P1

則T₁=250，P₁=5．

Answer 1

分析 （1）根據甲烷與氧氣反應方程式，甲烷與氧氣的最佳體積配比應與反應方程式中的計量數一致；
（2）以CO、H₂為原料生成二甲醚，同時生成二氧化碳或水，根據原子守恒書寫；
（3）在催化反應室中所發生的反應為可逆反應，催化反應室中發生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），根據壓強對平衡移動的影響判斷；
（4）根據△G=△H-T△S判斷反應不能自發的條件，采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，據此判斷T₁、P₁的值．

解答 解：（1）甲烷在點燃條件下燃燒生成二氧化碳和水，反應的化學方程式為CH₄+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂+2H₂O，所以最佳體積配比V（CH₄）：V（O₂）為1：2；
故答案為：1：2；
（2）以CO、H₂為原料生成二甲醚，同時生成二氧化碳或水，根據原子守恒書寫其反應的方程式為：2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O、3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂；
故答案為：2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O、3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂；
（3）催化反應室中發生CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）、H₂O（g）+CH₄（g）?CO（g）+3H₂（g），加壓平衡逆向移動，甲烷轉化率減小，所以在低壓條件下有利于合成氣的合成，
故答案為：低壓；
（4）反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，△S＜0，△H＜0，根據△G=△H-T△S可知，在高溫、低壓條件下該反應不能自發，采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，所以要控制溫度相同比較壓強對反應的影響，和控制壓強相同比較溫度對反應的影響，故T₁=250，P₁=5，
故答案為：高溫、低壓；250；5．

點評 本題考查化學反應速率、平衡常數、化學平衡計算、化學平衡的影響因素，綜合性較大，難度中等，知識面廣，應加強平時知識的積累．