20.CO
2催化加氫合成二甲醚是CO
2資源化利用的有效途徑之一,合成二甲醚的總反應可表示為:總反應:2CO
2(g)+6H
2(g)?CH
3OCH
3(g)+3H
2O(g)ΔH,K(表示平衡常數(shù),下同)
該反應可通過如下步驟來實現(xiàn):
反應Ⅰ:CO
2(g)+H
2(g)?CO(g)+H
2O(g)ΔH
1,K
1反應Ⅱ:2CO(g)+4H
2(g)?CH
3OCH
3(g)+H
2O(g)ΔH
2,K
2請回答:
(1)ΔH=
(用ΔH
1,ΔH
2表示),K=
(用K
1,K
2表示)。
(2)3.0MPa、
=4的條件下,平衡時CO
2轉化率和CH
3OCH
3的選擇性隨溫度變化如圖1所示。其中:CH
3OCH
3的選擇性=
×100%。
①下列說法正確的是
。
A.ΔH<0、ΔH
1>0、ΔH
2<0
B.若反應在恒容密閉容器中進行,當體系壓強不再變化,則反應Ⅰ、Ⅱ均達到平衡狀態(tài)
C.提高氫碳比
,平衡時CO
2的轉化率增大,CH
3OCH
3的選擇性減小
②360℃時,不考慮其他副反應,反應Ⅰ的平衡常數(shù)K
1為
。
③3.0MPa、
=4的條件下,CO
2催化加氫反應一段時間,不同溫度下CO
2實際轉化率和CH
3OCH
3實際選擇性數(shù)據(jù)如表:
溫度/℃ |
220 |
240 |
260 |
280 |
300 |
CO2實際轉化率% |
7.6 |
12.4 |
14.8 |
18.6 |
22.9 |
二甲醚實際選擇性% |
68.7 |
77.2 |
61.0 |
41.5 |
27.5 |
該體系合成二甲醚的最佳反應溫度為
。
④由上表數(shù)據(jù)可知,240~300℃二甲醚的實際選擇性逐漸減小,從化學反應速率角度分析原因
。
(3)250℃、3.0MPa、
=4,平衡時CO
2轉化率和CH
3OCH
3的收率與進料氣中CO體積分數(shù)(φ/%)有關,其變化如圖2所示,其中:
CH
3OCH
3的收率=
×100%
CO的收率=
×100%
請在圖2中選出φ在0~14%之間CO平衡收率的變化趨勢
(填“a”或“b”或“c”)。