利用CO2催化加氢制二甲醚(CH3OCH3)过程中发生的化学反应为
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH3=+42kJ⋅mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-50kJ⋅mol-1
反应Ⅲ:2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-26kJ⋅mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的速率方程为v正=k正•p(CO2)•p3(H2),v逆=k逆•p(CH3OH)•p(H2O),其中v正、v逆为正、逆反应速率,k正、k逆为速率常数,p为各组分的分压。在密闭容器中按一定比例充入H2和CO2,体系中各反应均达到化学平衡。向平衡体系中加入高效催化剂,v正v逆将 不变不变(填“增大”“减小”或“不变”,下同);增大体系压强,k正-k逆的值将 不变不变。
(2)在一定条件下,保持体积恒定,向同一密闭容器中按n(H2)n(CO2)=3投料进行上述反应,CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。
①图中表示CO的平衡体积分数随温度变化的曲线为 YY(填“X”或“Y”),温度从453K上升至573K,CO2的平衡转化率变化的原因是 453K到553K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ正反应放热,温度升高CO2的平衡转化率下降;553K到573K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ正反应吸热,温度升高CO2的平衡转化率升高453K到553K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ正反应放热,温度升高CO2的平衡转化率下降;553K到573K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ正反应吸热,温度升高CO2的平衡转化率升高,能同时提高CH3OCH3的平衡体积分数和CO2的平衡转化率的措施是 增大压强增大压强。
②一定温度下,向体积为1L的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2进行上述反应,反应经10min达平衡,CO2的平衡转化率为30%,容器中CO(g)为0.05mol,CH3OH(g)为0.05mol。体系的能量变化为 33kJ,反应皿的平衡常数Kc=1616;继续向容器中加入0.1molCH3OH(g)和0.1molH2O(g),此时反应Ⅲ将 正向进行正向进行(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。
v
正
v
逆
n
(
H
2
)
n
(
C
O
2
)
【答案】不变;不变;Y;453K到553K,主要发生反应Ⅱ,反应Ⅱ正反应放热,温度升高CO2的平衡转化率下降;553K到573K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ正反应吸热,温度升高CO2的平衡转化率升高;增大压强;3;16;正向进行
【解答】
【点评】
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