Question

【題目】由煤制合成氣（組成為H2、CO和CO2）制備甲醇或二甲醚是我國保障能源安全戰略的重要措施。

（1）以澄清石灰水、無水硫酸銅、濃硫酸、灼熱氧化銅為試劑檢驗合成氣中含有H2、CO和CO2三種氣體，所選用試劑及使用順序為_______________________。

（2）制備甲醇(CH3OH)、二甲醚(CH3OCH3)主要過程包括以下四個反應：

①由H2 和CO可直接制備二甲醚：2CO(g)+ 4H2(g)==CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=_____________。

分析上述反應（均可逆），二甲醚合成反應對于CO轉化率的影響是_____________（填“增大”“ 減小”或“無影響”），其理由是______________________。

②有研究者用Cu -Zn –Al和Al2O3作催化劑。在壓強為5.0Mpa的條件下，由合成氣[=2]直接副備二甲醚，結果如圖所示。

290℃時二甲醚的選擇性(選擇性=×100% 10)為97.8%，則290 ℃時二甲醚的產率為_______________________。

（3）在一個固定容積的密閉容器中，發生水煤氣變換反應。

①下列各項能判斷該反應已達到化學平衡狀態的是________________（填字母）。

a.容器中壓強不變 b. ΔH不變 c.V正(H2 )=v逆(CO) d.CO的質量分數不變

②溫度為850℃時，該反應的平衡常數K=1，反應過程中各物質的濃度變化如下表：

時間/min	CO	H2O	CO2	H2
0	0.200	0.300	0	0
2	0.138	0.238	0.062	0.062
3	c1	c2	c3	c4
4	c1	c2	c3	c4
5	0.065	0.21	0.125

0~4 min時，H2O(g)的轉化率=______。表中4~5 min之間數值發生變化，可能的原因是___________

（填字母）。

a增加水蒸氣 b.降低溫度 c.使用催化劑 d.增加氫氣濃度

Answer 1

【答案】 澄清石灰水→濃硫酸→灼熱氧化銅→硫酸銅→澄清石灰水 -204.7KJ·mol-1 增大 甲醇的量減小，水蒸氣的量增大，平衡正向移動 78.24％ cd 40% a

【解析】（1）以澄清石灰水無水硫酸銅、濃硫酸、灼熱氧化銅為試劑檢驗合成氣中含有H2、CO和CO2三種氣體，首先用澄清石灰變渾濁檢驗CO2，再用濃硫酸干燥混合氣體，干燥后的氣體在通入灼熱氧化銅，用無水硫酸銅變藍檢驗是否生成水，檢驗H2，再把出來的氣體再通入澄清石灰水是否變渾濁，檢驗CO。結合上述分析所選用試劑及使用順序為：澄清石灰水→濃硫酸→灼熱氧化銅→水硫酸銅→澄清石灰水。

（1）①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-90.1kJ·mol-1
④2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H4=-24.5kJ·mol-1依據蓋斯定律①×2+④得到：2CO（g）+4H2（g）=CH3OCH3+H2O（g）△H=-204.7kJ·mol-1；二甲醚合成反應④對于CO轉化率的影響，消耗甲醇，促進甲醇合成反應①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）平衡右移，CO轉化率增大。本題答案：-204.7KJ·mol-1 增大. 甲醇的量減小，水蒸氣的量增大，平衡正向移動 。

②290℃時CO轉化率為80%，二甲醚的選擇性(選擇性=×100% 10)為97.8%，則290 ℃時二甲醚的產率為80%97.8%=78.24％。本題正確答案： 78.24％。

（3）①由CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，a、反應前后氣體系數之和相等，因此壓強不變，不能說明反應達到平衡，故a錯誤；b、△H只與始態和終態有關，因此△H始終不變，不能說明反應達到平衡，故b錯誤；c、用不同物質反應速率判斷達到化學平衡，要求反應方向是一正一逆，且反應速率之比等于化學計量數之比，v正(H2)說明反應向正反應方向進行，v逆(CO)說明反應向逆反應方向進行，兩者之比等于1：1，說明反應達到平衡，故c正確；d、根據化學平衡狀態的定義，當組分的濃度不再改變，說明反應達到平衡，故d正確；本題正確答案：c d。

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始：0.2 0.3 0 0
變化：x x x x
平衡：0.2－x 0.3－x x x
根據平衡常數的表達式，K=c(CO2)×c(H2)/[c(CO)×c(H2O)]=x2/[(0.2－x)×(0.3－x)]=1，解得x=0.12，則水蒸氣的轉化率為0.12/0.3×100%=40%；

CO的濃度降低，而水蒸氣的濃度增大，說明增加水蒸氣的量，故選項a正確。