二甲醚具有巨大的潜在市场,目前采用的二氧化碳有效转化法,既是生成二甲醚的简便方法,又是实现“碳中和”的重要途径。
I.CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2的转化方法,其过程中发生的反应如下:
反应①: △H1=+41.2kJ·mol-1 K1
反应②: △H2=-204.9kJ·mol-1 K2
(1)CO2催化加氢合成二甲醚的热化学方程式为,该反应的平衡常数为(用K1、K2表示)。
(2)在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,发生反应①和(1)中反应,CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。当温度低于300℃时,CO2的平衡转化率随温度的上升而下降的原因是。
Ⅱ.由CO2制备二甲醚的另一种方法为先合成甲醇,再脱水,主要分为以下步骤:
反应③: △H3<0
反应④: △H4>0
(3)在不同的压强下,按照投料比n(CO2):n(H2)=1:3只进行反应③,CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图甲所示,p1压强下,CO2的转化率随温度变化如图乙所示。
图甲中压强从大到小的顺序是,图乙中处于平衡状态的点有(填字母),CO2的转化率呈图乙所示变化的原因是。
(4)更换高效的催化剂,体系中CH3OCH3平衡时的物质的量将(填“增加”“不变”或“减少”)。
(5)在280℃、3.4MPa条件下,通入1molCO2和3molH2的混合气体,用该方法制备二甲醚。充分反应后,测得CO2的平衡转化率为30%,体系中CH3OCH3的物质的量为0.1mol,则反应③的压强平衡常数Kp=MPa-2(列出计算式即可)。