Question

（14分）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 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 K₁

② 2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)；ΔH＝－23.5 kJ·mol^－1 K₂

③ CO(g) + H₂O(g)CO₂(g)+ H₂(g)；ΔH＝－41.3 kJ·mol^－1 K₃

总反应：3H₂(g) +3CO(g)CH₃OCH₃(g) +CO₂ (g)的ΔH＝ _____ , K=     （用包含K₁、 K₂、 K₃的式子表示）.一定条件下的等容密闭容器中，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．增加H₂的浓度      f．充入He

（3）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

① 比较此时正、逆反应速率的大小：v（正） ______ v（逆） （填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，此时c(CH₃OH)＝ _________，该时间内反应速率v(CH₃OH) ＝ __________。

 

Answer 1

(1) C+H₂OCO+H₂  (2)-246.4kJ· mol ^-1；K₁²·K₂· K₃ ；c、e

(3)   ①＞  ②0.04 mol·L^-1 ；0.16 mol·L^-1·min^-1（每格2分）

解析:（1）煤气化主要是在高温下煤和水蒸气反应合成水煤气，所以方程式为

 C+H₂OCO+H₂。

（2）考查盖斯定律的应用和平衡常数的计算。①×2＋②＋③即得到

3H₂(g)+ 3CO(g)CH₃OCH₃(g) +CO₂ (g)，所以ΔH等于－（90.8×2＋23.5＋41.3）kJ·mol^－1 ＝－246.4kJ·mol ^-1。根据①×2＋②＋③可计算平衡常数为K＝K₁²·K₂· K₃。因为反应是体积减小的、放热的可逆反应，高温向逆反应方向移动，催化剂不能改变平衡状态，降低生成物浓度平衡向正反应方向移动，增加CO的浓度平衡向正反应方向移动，但后降低自身的转化率，增大氢气浓度可以提高CO的转化率，保持体积不变，充入稀有气体，平衡不移动，因此答案是ce。

（3）根据数据可计算出，小于平衡常数，因而正反应速率大逆反应速率。因为最初加入的甲醇是1.64mol·L^－1，所以根据反应式可进行计算。

2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)

起始浓度（mol·L^－1）      1.64               0         0

转化浓度（mol·L^－1）       x                0.5x       0.5x

平衡浓度（mol·L^－1）    1.64－x              0.5x      0.5x

所以

解得x＝1.6。所以平衡时c(CH₃OH)等于0.04mol·L^－1。反应速率v(CH₃OH) 等于0.16mol·L^-1·min^-1。