Question

9．二甲醚（CH₃OCH₃）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：H₂S+Na₂CO₃═NaHS+NaHCO₃．
（2）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
①2H₂（g）+CO（g）═CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）；△H=-41.3kJ•mol^-1
总反应：3H₂（g）+3CO（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4KJ•mol^-1；
则该反应D．
A．任何温度下都能进行  B．任何温度下都不能进行
C．高温下能自发进行  D．低温下能自发进行
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ce（以上都填字母代号）．
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
（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）=0.04 mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）H₂S与Na₂CO₃溶液反应生成两种酸式盐为硫氢化钠和碳酸氢钠；
（2）利用盖斯定律计算①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，
改变条件增大反应速率，可以采取加入催化剂、升温、加压、增大浓度等措施，且提高CO的转化率应使平衡向正反应方向移动，结合平衡移动原理分析解答；
（3）①平衡常数等于生成物平衡浓度幂之积与反应物平衡浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算，依据浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；
②根据平衡常数列式计算平衡浓度，c=$\frac{n}{V}$；

解答 解：（1）H₂S与Na₂CO₃溶液反应生成两种酸式盐为硫氢化钠和碳酸氢钠，反应方程式为Na₂CO₃+H₂S═NaHCO₃+NaHS，
故答案为：Na₂CO₃+H₂S═NaHCO₃+NaHS；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ•mol^-1
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^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
a．正反应为气体体积减小的反应，减压，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小，故a错误；
b．加入催化剂，反应速率增大，不影响平衡移动，CO的转化率不变，故b错误；
c．减少CO₂的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故c正确；
d．增加CO的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率减小，故d错误；
e．分离出二甲醚，平衡向正反应移动，CO的转化率增大，故e正确；故选ce．
故答案为：-246.4kJ•mol^-1；ce；
（3）①该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{[C{H}_{3}OC{H}_{3}[{H}_{2}O]]}{[C{H}_{3}OH]^{2}}$，将所给浓度带入平衡常数表达式：$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=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，
故答案为：＞；
②依据化学平衡三行计算列式，设10min达到平衡生成甲醚物质的量为x，
                     2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某时刻浓度（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=$\frac{（0.6+x）^{2}}{（0.6-x）^{2}}$=400，解得x=0.2mol/L，
故平衡时c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
故答案为：0.04 mol•L^-1；

点评 本题考查反应热计算、化学平衡影响因素、化学平衡计算等，难度中等，注意盖斯定律及平衡三行计算的应用．