CO2催化加氢合成二甲醚是CO2资源化利用的有效途径之一,合成二甲醚的总反应可表示为:总反应:2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH,K(表示平衡常数,下同)
该反应可通过如下步骤来实现:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH1,K1
反应Ⅱ:2CO(g)+4H2(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2,K2
请回答:
(1)ΔH=2ΔH1+ΔH22ΔH1+ΔH2(用ΔH1,ΔH2表示),K=K21×K2K21×K2(用K1,K2表示)。
(2)3.0MPa、[n(H2)n(CO2)]=4的条件下,平衡时CO2转化率和CH3OCH3的选择性随温度变化如图1所示。其中:CH3OCH3的选择性=2[n(CH3OCH3,平衡)-n(CH3OCH3初始)]n(CO2,转化)×100%。

①下列说法正确的是 ABAB。
A.ΔH<0、ΔH1>0、ΔH2<0
B.若反应在恒容密闭容器中进行,当体系压强不再变化,则反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态
C.提高氢碳比[n(H2)n(CO2)],平衡时CO2的转化率增大,CH3OCH3的选择性减小
②360℃时,不考虑其他副反应,反应Ⅰ的平衡常数K1为 0.0520.052。
③3.0MPa、n(H2)n(CO2)=4的条件下,CO2催化加氢反应一段时间,不同温度下CO2实际转化率和CH3OCH3实际选择性数据如表:
K
2
1
K
2
1
[
n
(
H
2
)
n
(
C
O
2
)
]
2
[
n
(
C
H
3
OC
H
3
,
平衡
)
-
n
(
C
H
3
OC
H
3
初始
)
]
n
(
C
O
2
,
转化
)
[
n
(
H
2
)
n
(
C
O
2
)
]
n
(
H
2
)
n
(
C
O
2
)
温度/℃ | 220 | 240 | 260 | 280 | 300 |
CO2实际转化率% | 7.6 | 12.4 | 14.8 | 18.6 | 22.9 |
二甲醚实际选择性% | 68.7 | 77.2 | 61.0 | 41.5 | 27.5 |
240℃
240℃
。④由上表数据可知,240~300℃二甲醚的实际选择性逐渐减小,从化学反应速率角度分析原因
在催化剂作用下,随着温度升高,反应Ⅰ速率加快的程度比反应Ⅱ大,故二甲醚的实际选择性逐渐减小
在催化剂作用下,随着温度升高,反应Ⅰ速率加快的程度比反应Ⅱ大,故二甲醚的实际选择性逐渐减小
。(3)250℃、3.0MPa、
n
(
H
2
)
n
(
C
O
2
)
CH3OCH3的收率=
2
[
n
(
C
H
3
OC
H
3
,
平衡
)
-
n
(
C
H
3
OC
H
3
,
初始
)
]
n
(
C
O
2
,
转化
)
CO的收率=
n
(
CO
,
平衡
)
-
n
(
CO
,
初始
)
n
(
C
O
2
,
转化
)
请在图2中选出φ在0∼14%之间CO平衡收率的变化趋势
a
a
(填“a”或“b”或“c”)。
【答案】2ΔH1+ΔH2;×K2;AB;0.052;240℃;在催化剂作用下,随着温度升高,反应Ⅰ速率加快的程度比反应Ⅱ大,故二甲醚的实际选择性逐渐减小;a
K
2
1
【解答】
【点评】
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发布:2024/7/18 8:0:9组卷:82引用:2难度:0.5
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