Question

【題目】甲醇制烯烴(MTO)是煤制烯烴工藝路線的核心技術。煤制烯烴主要包括煤的氣化、液化、烯烴化三個階段。

（1）煤的液化發生的主要反應之一為2H2(g)+CO(g)＝CH3OH (g) ΔH＝a kJ·mol1，在不同溫度下，K(500℃)＝2.5 L2·mol2，K(700℃)＝0.2 L2·mol2。

①ΔH________0（填“＞”、“＜”、“＝”）。

②若反應在容積為2L的密閉容器中進行，500℃測得某一時刻體系內H2、CO、CH3OH物質的量分別為2 mol、1 mol、3mol，則此時生成CH3OH的速率____消耗CH3OH的速率（填“＞”、“＜”、“＝”）。

（2）通過研究外界條件對反應的影響，盡可能提高甲醇生成乙烯或丙烯的產率。

甲醇制烯烴的主要反應有：

i 2CH3OH(g)＝C2H4(g)+2H2O(g) ΔH1＝－20.9 kJ·mol1

ii3CH3OH(g)＝C3H6(g)+3H2O(g) ΔH2＝－98.1 kJ·mol1

iii 4CH3OH(g)＝C4H8(g)+4H2O(g) ΔH3＝－118.1 kJ·mol1

①C3H6轉化為C2H4的熱化學方程式為iv：2C3H6(g)3C2H4 (g) ΔH4＝____。

②加入N2作為稀釋劑，反應i中C2H4的產率將_____（增大、減小、不變）。

（3）為研究不同條件對反應的影響，測得不同溫度下平衡時C2H4、C3H6和C4H8的物質的量分數變化，如圖所示：

①隨著溫度的升高，C3H6的物質的量分數呈現先增大后減小的趨勢。溫度高于400℃時，原因是_____________________________；當溫度低于400℃時，原因是________________________。

②體系總壓為0.1MPa，400℃時反應iv的平衡常數Kp＝________(列式計算，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數)。

③為了獲得更高的C2H4在產物中的比例，除控制較高溫度的條件外，以下較適宜的是______。

A．增加水醇比 B．降低水醇比

Answer 1

【答案】< ＜ +133.5 kJ·mol－1 增大 溫度高于400℃時，溫度升高，反應iv：2C3H6(g) 3C2H4 (g) ΔH4＝+133.5 kJ·mol－1向正反應方向移動，C3H6的物質的量分數減小 當溫度低于400℃時，CH3OH轉化為C4H8的物質的量分數隨溫度升高而迅速減小，而轉化為C2H4的物質的量分數增大的幅度小于C4H8的減小幅度，因而CH3OH轉化C3H6的物質的量分數隨溫度升高而增大 0.001MPa A

【解析】

（1）①在不同溫度下，K(500℃)＝2.5L·mol1，K(700℃)＝0.2L·mol1，K(700℃)<K(500℃)，說明溫度升高有利于向逆反應方向移動，可得ΔH<0。

②500℃時，，此時反應向逆反應方向進行，生成CH3OH的速率小于消耗CH3OH的速率。

（2）①依據熱化學方程式和蓋斯定律計算i×3-ii×2得到iv：2C3H6(g)= 3C2H4(g)ΔH4＝+133.5 kJ·mol－1。

②加入N2作為稀釋劑，使體系的體積增大，相當于壓強減小，有利于向正反應方向移動，C2H4的產率增大。

（3）①溫度高于400℃時，溫度升高，反應iv：2C3H6(g)3C2H4(g)ΔH4＝+133.5 kJ·mol－1向正反應方向移動，C3H6的物質的量分數減小；當溫度低于400℃時，CH3OH轉化為C4H8的物質的量分數隨溫度升高而迅速減小，而轉化為C2H4的物質的量分數增大的幅度小于C4H8的減小幅度，因而CH3OH轉化C3H6的物質的量分數隨溫度升高而增大。

②分壓＝總壓×物質的量分數，因此400℃時，

③結合圖像，溫度升高可以提高C2H4的物質的量分數，B正確；對于i、ii和iii來說，，當n值越大，增大水醇比時，反應逆向進行趨勢越大，副產物越少，即C3H6、C4H8就越少，A正確。