Question

【題目】合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）是重要的化工原料，可利用合成氣在催化劑存在下直接制備二甲醚（CH3OCH3）。

己知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.0kJ·mol-1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3=-24.5 kJ·mol-1

（1）工業上用CO2和H2在一定條件下反應直接制備二甲醚，主反應為： 2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

①要使該反應速率和產率都增大，應該采取的措施是__________，減少副反應，大幅度提高二甲醚在產物中所占比率的關鍵因素是__________。

②一定條件下．上述主反應達到平衡狀態后，若改變反應的某一個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是__________（單選，填標號）。

a．逆反應速率先增大后減小 b．H2的轉化率增大

c．反應物的體積百分含量減小 d．容器中的變小

③在某壓強下，制備二甲醚的反應在不同溫度、不冋投料比時CO2的轉化率如圖（a)所示。T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入10L的密閉容器中， 5 min后反應達到平衡狀態，則05 min內的平均反應速率v(CH3OCH3)=_____________；KA、 KB、 KC三者之間的大小關系為_______________。

（2）在適當條件下由CO和H2直接制備二甲醚，另一產物為水蒸氣。

①該反應的熱化學方程式是_________________。

②co的轉化率、二甲醚的產率與反應溫度的關系如圖（b）所示，請解釋溫度低于290℃時， CO轉化率較高而CH3OCH3產率較低的原因可能是___________。

（3）用甲醇，二甲醚混合液與CO在催化劑條件下還可合成醋酸。常溫下，醋酸的Ka=1.8×10-5，向 0.1 mol/L 醋酸溶液中滴加NaOH溶液至=時，混合溶液的pH=__________，醋酸鈉水解反應的平衡常數值為__________。

Answer 1

【答案】 加壓 催化劑 b 0.036mol·L－1·min－1 KA＝KC＞KB 2CO(g)＋4H2(g)==CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7kJ·mol－1 CO的轉化均為放熱反應，溫度較低時轉化率較高，但CO轉化為中間產物較多，轉化為目標產物較少 5 5.6×10-10

【解析】（1）①已知：ⅰ、CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-49.0kJ·mol-1，ⅱ、2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)△H3=-24.5 kJ·mol-1，根據蓋斯定律可知ⅰ×2+ⅱ即得到2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5 kJ·mol-1，即該反應是放熱的體積減小的可逆反應，所以要使該反應速率和產率都增大，應該采取的措施是加壓，減少副反應，大幅度提高二甲醚在產物中所占比率的關鍵因素是催化劑。②a．逆反應速率先增大后減小說明平衡向逆反應方向進行，a錯誤；b．H2的轉化率增大說明平衡一定向正反應方向移動，b正確；c．反應物的體積百分含量減小平衡不一定向正反應方向進行，c錯誤；d．容器中的變小平衡不一定向正反應方向進行，d錯誤，答案選b；③T1溫度下，將6molCO2和12molH2充入10L的密閉容器中，根據圖像可知平衡時CO2轉化率是0.6，則消耗CO2是3.6mol，生成二甲醚是1.8mol，濃度是0.18mol/L，所以05 min內的平均反應速率v(CH3OCH3)=0.18mol/L÷5min＝0.036mol·L－1·min－1；正反應放熱，溫度越低CO2轉化率越高，平衡常數越大，溫度是T1＜T2，由于平衡常數只與溫度有關系，所以KA、 KB、 KC三者之間的大小關系為KA＝KC＞KB。（2）①己知：ⅲ、2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-122.5 kJ·mol-1，ⅳ、CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.1 kJ·mol-1，根據蓋斯定律可知ⅲ+ⅳ×2即得到熱化學方程式是2CO(g)＋4H2(g)＝CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝-204.7kJ·mol－1。②由于CO的轉化均為放熱反應，溫度較低時轉化率較高，但CO轉化為中間產物較多，所以轉化為目標產物較少；（3）根據醋酸的電離平衡常數表達式可知c(H+)= ＝10－5mol/L，所以混合溶液的pH=5，醋酸鈉水解反應的平衡常數值為＝5.6×10-10。