二甲醚(CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源.由合成气(组成为H2、CO和少量的CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应:
甲醇合成反应:
(ⅰ)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H1=-90.1kJ•mol-1
(ⅱ)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H2=-49.0kJ•mol-1
水煤气变换反应:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H3=-41.1kJ•mol-1
二甲醚合成反应:
(ⅳ)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ•mol-1
回答下列问题:
(1)Al2O3是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一,工业上从铝土矿制备较高纯度Al2O3的主要工艺流程是Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4;NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3;2Al(OH)3 △ Al2O3+3H2O;Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4;NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3;2Al(OH)3 △ Al2O3+3H2O;(以化学方程式表示).
(2)分析二甲醚合成反应(Ⅳ)对于CO转化率的影响消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO.
(3)由H2和CO直接制备二甲醚(另一产物的水蒸气)的热化学方程式为2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-204.7kJ•mol-12CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-204.7kJ•mol-1.根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反应的影响该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大.
(4)有研究者在催化剂(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、压强为5.0MPa的条件下,由H2和CO直接制备二甲醚,结果如图所示.其中CO转化率随温度升高而降低的原因是反应放热,温度升高,平衡左移反应放热,温度升高,平衡左移.
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【答案】Al2O3(铝土矿)+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4;NaAl(OH)4+CO2=Al(OH)3↓+NaHCO3;2Al(OH)3 Al2O3+3H2O;;消耗甲醇,促进甲醇合成反应(Ⅰ)平衡右移,CO转化率增大;生成的H2O,通过水煤气变换反应(Ⅲ)消耗部分CO;2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-204.7kJ•mol-1;该反应分子数减少,压强升高使平衡右移,CO和H2转化率增大,CH3OCH3产率增加.压强升高使CO和H2浓度增加,反应速率增大;反应放热,温度升高,平衡左移
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【解答】
【点评】
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