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解答题-原理综合题 较难0.4 引用1 组卷163
二甲醚具有巨大的潜在市场,目前采用的二氧化碳有效转化法,既是生成二甲醚的简便方法,又是实现“碳中和”的重要途径。
I.CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2的转化方法,其过程中发生的反应如下:
反应①:   △H1=+41.2kJ·mol-1             K1
反应②:   △H2=-204.9kJ·mol-1        K2
(1)CO2催化加氢合成二甲醚的热化学方程式为_______________,该反应的平衡常数为_______________(用K1、K2表示)。
(2)在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,发生反应①和(1)中反应,CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。当温度低于300℃时,CO2的平衡转化率随温度的上升而下降的原因是_______________

Ⅱ.由CO2制备二甲醚的另一种方法为先合成甲醇,再脱水,主要分为以下步骤:
反应③:   △H3<0
反应④:   △H4>0
(3)在不同的压强下,按照投料比n(CO2):n(H2)=1:3只进行反应③,CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图甲所示,p1压强下,CO2的转化率随温度变化如图乙所示。

图甲中压强从大到小的顺序是_______________,图乙中处于平衡状态的点有_______________(填字母),CO2的转化率呈图乙所示变化的原因是_______________
(4)更换高效的催化剂,体系中CH3OCH3平衡时的物质的量将_______________(填“增加”“不变”或“减少”)。
(5)在280℃、3.4MPa条件下,通入1molCO2和3molH2的混合气体,用该方法制备二甲醚。充分反应后,测得CO2的平衡转化率为30%,体系中CH3OCH3的物质的量为0.1mol,则反应③的压强平衡常数Kp=_______________MPa-2(列出计算式即可)。
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二甲醚是重要的化工原料,采用二氧化碳的有效转化,既是生成二甲醚的简便方法,又是实现“碳中和”的重要途径。
Ⅰ.催化加氢合成二甲醚是一种转化方法,其过程中发生副反应:
       
已知反应:
       
(1)催化加氢合成二甲醚的热化学方程式为___________,该反应自发进行的条件为___________
(2)在恒压、的起始量一定的条件下,的平衡转化率和平衡时的选择性随温度变化如图。其中,

当温度高于300℃,的平衡转化率随温度升高而上升的原因是___________。若起始投料比为,不考虑其他副反应,则288℃时,反应①的化学平衡常数K=___________()。
Ⅱ.由制备二甲醚的另一种方法为先合成甲醇,再经脱水,主要分为以下步骤。
反应③:       
反应④:       
(3)在不同的压强下,按照投料比合成甲醇,实验测定的平衡转化率和的平衡产率随温度的变化关系如图甲或乙所示。

下列说法正确的是___________(填字母)。
A.图甲的纵坐标表示的平衡产率
B.压强:
C.为了同时提高的平衡转化率和的平衡产率,应选择高温、高压的反应条件
D.一定温度、压强下,寻找活性更高的催化剂,是提高的平衡转化率的主要研究方向
(4)压强为4MPa,当的混合气体以一定流速通过装有某种催化剂的反应器。在280℃时,若的平衡转化率为7.00%,甲醇的选择性为95.0%,则甲醇的收率为___________
()。
(5)甲醇脱水若条件控制不当可生成丙烯,反应为,反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图曲线所示,已知Arrhenius经验公式为(其中,为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。该反应的活化能___________
以CO和CO2为原料合成乙烯、二甲醚(CH3OCH3)等有机物,一直是当前化学领域研究的热点。回答下列问题:
(1)已知相关物质能量变化示意图如下:

①写出由CO(g)和H2(g)反应生成CH3OCH3(g)和H2O(g)的热化学方程式:_______
②在一绝热的恒容密闭容器中,通入CO和H2(物质的量之比1 :2)发生反应2CO(g)+4H2(g) C2H4(g) +2H2O(g) ΔH<0,反应过程中容器内压强(p)与时间(t)变化如图1所示,随着反应进行,a~b段压强增大的原因是_______

③CO2与H2催化重整制备CH3OCH3的过程中存在反应:
Ⅰ.2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g);
Ⅱ.CO2(g) +H2(g) CO(g) + H2O(g)。
向密闭容器中以物质的量之比为1:3充入CO2与H2,实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图2所示。p1、p2、p3由大小的顺序为_______;T2℃时主要发生反应_______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),平衡转化率随温度变化先降后升的原因为_______

(2)一定温度和压强为3. 3p MPa条件下,将CO和H2按物质的量之比为2: 3通入密闭弹性容器中发生催化反应,假设只发生反应:3CO(g) + 3H2 (g) CH3OCH3(g)+CO2(g) 、2CO(g) + 4H2(g) C2H4(g) + 2H2O(g)。平衡时,CO平衡转化率为60%,C2H4选择性为50%(C2H4的选择性=)。该温度下。反应C2H4(g)+ 2H2O(g) 2CO(g) +4H2(g)的Kp=_______MPa3(用含字母p的代数式表示,已知Kp是用反应体系中气体物质的分压来表示的平衡常数,即将K表达式中平衡浓度用平衡分压代替),若要提高C2H4的选择性,则应考虑的因素是_______
CO2的回收和资源化对于实现“碳中和”具有重要意义。
(1)CH4与CO2重整生成H2和CO的反应为CH4(g)+CO2(g)=2H2(g)+2CO(g)   ΔH=247.6kJ•mol1
①已知H2(g)和CO(g)的燃烧热分别为285.8kJ•mol1和283.0kJ•mol1。则CH4的燃烧热为___________
②CH4与CO2重整过程中还发生反应H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g)   ΔH=41.2kJ•mol1。在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4):n(CO2)=1:1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如题图1所示。

I.曲线___________(填“A”或“B”)表示CH4的平衡转化率随温度的变化。
Ⅱ.800 K、起始n(CH4):n(CO2)=1:1条件下,要让CH4平衡转化率达到X点的值,可以采取的措施是___________(过程中不充入或分离出任何物质)。
(2)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应I:CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)   ΔH=41.2kJ•mol1
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)=CH3OCH3(g)+3H2O(g)     ΔH=﹣12.25kJ•mol1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化见图2。其中:CH3OCH3的选择性100%。

①图中表示CO2平衡转化率的是曲线___________(填“M”或“N”)。
②温度高于300℃,曲线N随温度升高而上升的原因是___________
(3)反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)   ΔH1<0
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)   ΔH2
①若容器容积不变,则下列措施可提高反应Ⅰ中CO转化率的是___________(填字母序号)。
A.充入CO,使体系总压强增大               B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大                 D.使用高效催化剂
②保持恒温恒容条件对于反应Ⅱ:将10molCO2和30molH2放入1L的密闭容器中,充分反应后测得CO2的转化率为60%,则该反应的平衡常数为___________。若维持条件不变向该容器中投入10molCO2、30molH2、10molCH3OH(g)和10molH2O(g),判断平衡移动的方向是___________(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。

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