二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體,可作為一種新型能源.由合成氣(組成為H2、CO和少量的CO2)直接制備二甲醚,其中的主要過程包括以下四個反應:
甲醇合成反應:
(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
水煤氣變換反應:
(ⅲ)CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H3=-41.1kJ?mol-1
二甲醚合成反應:
(ⅳ)2CH3OH(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H4=-24.5kJ?mol-1
回答下列問題:
(1)Al2O3是合成氣直接制備二甲醚反應催化劑的主要成分之一,工業(yè)上從鋁土礦制備較高純度Al2O3的主要工藝流程是Al
2O
3(鋁土礦)+2NaOH+3H
2O=2NaAl(OH)
4;NaAl(OH)
4+CO
2=Al(OH)
3↓+NaHCO
3;2Al(OH)
3Al
2O
3+3H
2O;
Al
2O
3(鋁土礦)+2NaOH+3H
2O=2NaAl(OH)
4;NaAl(OH)
4+CO
2=Al(OH)
3↓+NaHCO
3;2Al(OH)
3Al
2O
3+3H
2O;
(以化學方程式表示).
(2)分析二甲醚合成反應(Ⅳ)對于CO轉(zhuǎn)化率的影響
消耗甲醇,促進甲醇合成反應(Ⅰ)平衡右移,CO轉(zhuǎn)化率增大;生成的H2O,通過水煤氣變換反應(Ⅲ)消耗部分CO
消耗甲醇,促進甲醇合成反應(Ⅰ)平衡右移,CO轉(zhuǎn)化率增大;生成的H2O,通過水煤氣變換反應(Ⅲ)消耗部分CO
.
(3)由H2和CO直接制備二甲醚(另一產(chǎn)物的水蒸氣)的熱化學方程式為2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-204.7kJ?mol-1
.根據(jù)化學反應原理,分析增加壓強對直接制備二甲醚反應的影響該反應分子數(shù)減少,壓強升高使平衡右移,CO和H2轉(zhuǎn)化率增大,CH3OCH3產(chǎn)率增加.壓強升高使CO和H2濃度增加,反應速率增大
該反應分子數(shù)減少,壓強升高使平衡右移,CO和H2轉(zhuǎn)化率增大,CH3OCH3產(chǎn)率增加.壓強升高使CO和H2濃度增加,反應速率增大
.
(4)有研究者在催化劑(含Cu-Zn-Al-O和Al2O3)、壓強為5.0MPa的條件下,由H2和CO直接制備二甲醚,結(jié)果如圖所示.其中CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因是反應放熱,溫度升高,平衡左移
反應放熱,溫度升高,平衡左移
.【答案】Al
2O
3(鋁土礦)+2NaOH+3H
2O=2NaAl(OH)
4;NaAl(OH)
4+CO
2=Al(OH)
3↓+NaHCO
3;2Al(OH)
3Al
2O
3+3H
2O;;消耗甲醇,促進甲醇合成反應(Ⅰ)平衡右移,CO轉(zhuǎn)化率增大;生成的H
2O,通過水煤氣變換反應(Ⅲ)消耗部分CO;2CO(g)+4H
2(g)=CH
3OCH
3(g)+H
2O(g)△H=-204.7kJ?mol
-1;該反應分子數(shù)減少,壓強升高使平衡右移,CO和H
2轉(zhuǎn)化率增大,CH
3OCH
3產(chǎn)率增加.壓強升高使CO和H
2濃度增加,反應速率增大;反應放熱,溫度升高,平衡左移