Question

【題目】CO2資源化利用的方法之一是合成二甲醚（CH3OCH3）。

（1）CO2 催化加氫合成二甲醚的過程中主要發生下列反應：反應I：CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) H= +41.2 kJmol-1;反應II: 2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g) H = - 122.5 kJmol-1;其中，反應II 分以下①②兩步完成，請寫出反應①的熱化學方程式。

① _____

②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g) H = -23.5 kJmol-1

（2）L（L1、L2）、X分別代表壓強或溫度，如圖表示L一定時，反應II中二甲醚的平衡產率隨X變化的關系，其中X代表的物理量是_____。判斷L1、L2的大小，并簡述理由：_____。

（3）恒壓時，在CO2和H2起始量一定的條件下，CO2平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性 ）隨溫度變化如圖。

①t ℃ 時，起始投入a molCO2，b mol H2，達到平衡時反應II消耗的H2的物質的量為______mol。

②溫度高于300℃，CO2平衡轉化率隨溫度升高而增大的原因是______。

Answer 1

【答案】CO2(g) + 3H2 (g) CH3OH(g) + H2O(g) H = - 49.5 kJmol-1 溫度 L1>L2。反應II是氣體化學計量數減少的反應，當溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，二甲醚平衡產率增大，與圖1變化趨勢相同 3a×40%×76% 反應I的H＞0，反應II的H＜0 ，溫度升高使CO2轉化為CO的平衡轉化率上升，使CO2轉化為CH3OCH3的平衡轉化率下降，且上升幅度超過下降幅度

【解析】

(1)反應II－反應②得反應①；

（2）根據圖示隨X增大，二甲醚的產率減小，說明平衡逆向移動；

（3）①t ℃ 時，CO2平衡轉化率為40%、CH3OCH3的選擇性位76%；

②溫度升高，CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)平衡正向移動，2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)平衡逆向移動。

(1)反應II－反應②得反應①；根據蓋斯定律II×－②×得CO2(g) + 3H2 (g) CH3OH(g) + H2O(g) H =(- 122.5 kJmol-1+23.5 kJmol-1)÷2= - 49.5 kJmol-1；

（2）增大壓強，2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)正向移動；升高溫度，2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(g)逆向移動；根據圖示隨X增大，二甲醚的產率減小，說明平衡逆向移動，所以X表示溫度；反應II是氣體化學計量數減少的反應，當溫度一定時，增大壓強，平衡正向移動，二甲醚平衡產率增大，所以L1＞L2；

（3）t ℃ 時，CO2平衡轉化率為40%、CH3OCH3的選擇性位76%，起始投入a mol CO2，消耗CO2的物質的量是a×40%×76%，根據方程式，消耗氫氣是CO2的3倍，消耗氫氣的物質的量是3a×40%×76%；

②反應I的H＞0，反應II的H＜0 ，溫度升高使CO2轉化為CO的平衡轉化率上升，使CO2轉化為CH3OCH3的平衡轉化率下降，且上升幅度超過下降幅度，所以溫度高于300℃，CO2平衡轉化率隨溫度升高而增大。