Question

【题目】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：

（1）煤的气化的主要化学反应方程式为：___________________________。

（2）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：________________________________________。

（3）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

（4）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10 min反应达到平衡，此时c(CH3OH) ＝ _________；该时间内反应速率v(CH3OH) ＝ __________。达到平衡时甲醇的转化率α（CH3OH）= _________

Answer 1

【答案】 C+H2OCO+H2 Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS -246.4kJ· mol -1 c、e ＞ 0.04 mol·L-1 0.16 mol·L-1·min-1 略

【解析】（1）煤炭气化是指在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气和/或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的合成气的过程。故主要化学反应方程式为：C+H2OCO+H2；（2）Na2CO3溶液吸收有害气体H2S，生成两种酸式盐即NaHCO3、NaHS，该反应的化学方程式为：Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS；（3）总反应式可由①×2+②+③ 得到，由盖斯定律可得总反应ΔH=（－90.8 kJ·mol－1）×2+（－23.5 kJ·mol－1）+（－41.3 kJ·mol－1）=－246.4kJ· mol -1；当总反应达到平衡，要提高CO的转化率，应改变条件促进平衡正向移动，应用勒夏特列原理分析判断，a．正反应是放热反应，高温使平衡逆向移动，高压促进正向移动，故无法判断，b．加入催化剂不影响平衡移动， c．减少CO2的浓度促进正向移动，d．增加CO的浓度促进正向移动，但CO转化少，CO增加的多，转化率下降，e．分离出二甲醚有利于平衡进正向移动。故c、e正确。

（4）① Qc=c(CH3OCH3) ·c(H2O)/c2(CH3OH)=0.6×0.6/0.442=1.86＜400，则反应正向进行，v正> v逆；② 由表格数据可知，在密闭容器中开始时CH3OH浓度为1.64mol/L，设经10 min反应达到平衡时转化的浓度为x，则

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

起始(mol/L) 1.64 0 0

转化(mol/L)： x 0.5x 0.5x

平衡(mol/L)：1.64-x 0.5x 0.5x

则：0.5x×0.5x/(1.64-x)2=400 x=1.6mol/L，平衡时CH3OH的浓度为1.64mol/L-1.6mol/L=0.04mol/L；v(CH3OH) ＝1.6mol/L/10 min=0.16 mol·L-1·min-1；平衡时CH3OH的转化率为1.6mol/L/1.64mol/L×100%=97.6%。

点晴：新热化学方程式的反应热关键是抓住盖斯定律，建立等式，代入数据即可，如第（3）问；有关化学平衡中的计算，掌握基础方法即三段式法，如第（4）问，注意表达中代入的是物质的量浓度、各种计算量的表达式是否正确。