Question

20．二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）写出用碳制取水煤气的化学反应方程式为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂（注明反应条件）
（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）的△H=-246.4 kJ•mol^-1；
（3）一定条件下的密闭容器中，3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是c、e（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在相同温度下，若起始加入CH₃OH的浓度为1.64mol/L后，经10min反应达到平衡，此时c（CH₃OCH₃）=0.8mol/L；该时间内反应速率v（CH₃OH）=0.16mol/L•min
（5）将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率，已知该反应的△H＞0，△S＞0，该反应在常温下不能自发进行？（填“能”或“不能”）

Answer 1

分析 （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）利用盖斯定律计算，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；
（3）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，应使平衡向正反应方向移动，可减少CO₂的浓度或分离出二甲醚，由于反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，转化率减小，催化剂不影响平衡移动，而增加CO的浓度，CO的转化率反而减小；
（4）①根据Qc和K的大小关系进行计算回答；
②根据方程式计算平衡常数，然后利用三段式法解答．
（5）根据反应自发性的判据△H-T△S＜0进行判断回答．

解答 解：（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：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol，
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4 kJ•mol^-1；
（3）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，应使平衡向正反应方向移动，可减少CO₂的浓度或分离出二甲醚，由于反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，转化率减小，催化剂不影响平衡移动，而增加CO的浓度，CO的转化率反而减小，故选ce；
（4）①该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$，
将所给浓度带入平衡常数表达式，得到浓度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=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：＞；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
初始浓度（mol•L^-1）：1.64          0          0
转化浓度（mol•L^-1）：2x           x            x
平衡浓度（mol•L^-1）：1.64-2x       x          x
K=$\frac{{x}^{2}}{（1.64-2x）^{2}}$=200，解得x=0.8mol/L，故平衡时c（CH₃OCH₃）=0.8mol/L，
v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16mol/L•min，
故答案为：0.8mol/L；0.16mol/L•min；
（5）反应自发性的判据△H-T△S＜0，该反应的△H＞0，△S＞0，该反应在常温下不能使判据小于零成立，故不能自发进行，故答案为：不能．

点评 本题考查较为综合，通过计算书写燃料电池的电极反应式、溶液中离子浓度大小关系等重要考点，题目难度中等，注意“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、转化率等的计算．