Question

二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。

请回答下列问题：

⑴ 煤的气化的主要化学反应方程式为：_____________________________________。

⑵ 煤的气化过程中产生的有害气体H₂S用Na₂CO₃溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：_________________________________________________________。

⑶ 利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

① 2H₂(g) + CO(g)  CH₃OH(g)；ΔH ＝ －90.8 kJ·mol^－1

② 2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H₂O(g)；ΔH＝ －23.5 kJ·mol^－1

③ CO(g) + H₂O(g)  CO₂(g) + H₂(g)；ΔH＝ －41.3 kJ·mol^－1

总反应：3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂ (g)的ΔH＝ ___________；

一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。

a．高温高压          b．加入催化剂        c．减少CO₂的浓度

d．增加CO的浓度    e．分离出二甲醚

⑷ 已知反应②2CH3OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol·L－1）	0.44	0.6	0.6

Answer 1

（共14分）

⑴ C + H₂O  CO + H₂

⑵ H₂S + Na₂CO₃ ＝ NaHS + NaHCO₃

⑶ －246.4 kJ·mol^－1

c  e

⑷ ①  >

② 0.04 mol·L^－1      0.16 mol/L·min

解析:

本题考查化学反应速率和化学平衡知识。

（1）煤的气化是利用煤与水蒸气高温条件小反应，生成CO和H₂的过程：。

（2）H₂S和H₂CO₃均是二元酸，它们都存在酸式盐NaHS和NaHCO₃。

（3）由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol。

（4）①该反应的平衡常数表达式为：K=[c(CH₃OCH₃)×c(H₂O)]/c²(CH₃OH)，将所给浓度带入平衡常数表达式：[0.6×0.6]/0.44²=1.86<400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率。

②                    2CH₃OH(g) ≒CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)

起始浓度（mol·L^-1）：   0.44           0.6      0.6

转化浓度（mol·L^-1）：    2x            x       x  

平衡浓度（mol·L^-1）： 0.44-2x         0.6+x      0.6+x

K=(0.6+x)²/(0.44-2x)²=400，解得x=0.2mol/L，故平衡时c(CH₃OH)=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L。

【规律总结】“始、转、平”是解决有关化学平衡的“三段论”解题法，当三组量一旦确定，可以解答有关平衡的平衡常数计算、转化率、反应速率、平衡时成分的体积分数等的关键。