Question

下圖是煤化工產業鏈的一部分,試運用所學知識,解決下列問題:

Ⅰ.已知該產業鏈中某反應的平衡常數表達式為:K=,寫出它所對應反應的化學方程式:                                  
                                                     　。 
Ⅱ.二甲醚(CH₃OCH₃)在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用。工業上以CO和H₂為原料生產CH₃OCH₃。工業制備二甲醚在催化反應室中(壓力2.0～10.0 MPa,溫度230～280 ℃)進行下列反應:
①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
ΔH₁="-90.7" kJ·mol^-1
②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)
ΔH₂="-23.5" kJ·mol^-1
③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)
ΔH₃="-41.2" kJ·mol^-1
(1)寫出催化反應室中三個反應的總反應的熱化學方程式:                          。
(2)在某溫度下,2 L密閉容器中發生反應①,起始時CO、H₂的物質的量分別為2 mol和6 mol,3 min后達到平衡,測得CO的轉化率為60%,則3 min內CO的平均反應速率為　　　　　　　　。若同樣條件下起始時CO物質的量為4 mol,達到平衡后CH₃OH為2.4 mol,則起始時H₂為　　　　mol。
(3)下列有關反應③的說法正確的是　　　　。
A.在體積可變的密閉容器中,在反應③達到平衡后,若加壓,則平衡不移動、混合氣體平均相對分子質量不變、混合氣體密度不變
B.若830 ℃時反應③的K=1.0,則在催化反應室中反應③的K＞1.0
C.某溫度下,若向已達平衡的反應③中加入等物質的量的CO和H₂O(g),則平衡右移、平衡常數變大
(4)為了尋找合適的反應溫度,研究者進行了一系列實驗,每次實驗保持原料氣組成、壓強、反應時間等因素不變,實驗結果如圖,

則CO轉化率隨溫度變化的規律是                                        　。
其原因是                                                   　。

Answer 1

Ⅰ.C(s)+H₂O(g)CO(g)+H₂(g)
Ⅱ.(1)3CO(g)+3H₂(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)
ΔH="-246.1" kJ·mol^-1
(2)0.2 mol·L^-1·min^-1　8.4　(3)B
(4)溫度低于240 ℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而增大;溫度高于240 ℃時,CO的轉化率隨著溫度的升高而減小
在相等的時間里,在較低溫時,各反應體系均未達到平衡,CO的轉化率主要受反應速率影響,隨著溫度的升高反應速率增大,CO的轉化率也增大;在較高溫時,各反應體系均已達到平衡,CO的轉化率主要受反應限度影響,隨著溫度的升高平衡向逆反應方向移動,CO的轉化率減小

Ⅰ.生成物中有CO,根據原子守恒,反應物中有固體C,
C(s)+H₂O(g)H₂(g)+CO(g)。
Ⅱ.(1)①×2+②+③得到
3CO(g)+3H₂(g)CH₃OCH₃(g)+CO₂(g)　
ΔH="-246.1" kJ·mol^-1。
(2)CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
起始濃度(mol·L^-1)   1   3   0
轉化濃度(mol·L^-1)   0.6 1.2 0.6
平衡濃度(mol·L^-1)   0.4 1.8 0.6
v(CO)==="0.2" mol·L^-1·min^-1。
設起始時H₂濃度為x mol·L^-1,
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
起始濃度(mol·L^-1)   2   x   0
轉化濃度(mol·L^-1)   1.2 2.4 1.2
平衡濃度(mol·L^-1)   0.8 x-2.4   1.2
條件不變,平衡常數不變:
=,
x=4.2,
則起始時加入的H₂的物質的量為:
4.2 mol·L^-1×2 L="8.4" mol。
(3)反應③是一個反應前后氣體體積不變的反應,加壓、容器體積減小,平衡不移動,混合氣體平均相對分子質量不變,混合氣體密度增大,A錯;催化反應室中溫度230～280 ℃,低于830 ℃,利于反應正向進行,K增大,K＞1.0,B正確;溫度不變,平衡常數不變,C錯。