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。工业上可利用煤与水蒸气反应得到煤的气化产物（水煤气），再合成二甲醚。

请回答下列问题：

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

（2）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＝_____________。

（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，在密闭恒容容器中加入CH3OH ，反应到某时刻测得各组分浓度如下：

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) ＝ _______________________________。

③下列措施中能说明反应达到平衡状态的是___________

A．体系压强保持不变　　　

B．混合气体的密度保持不变

C．CH3OH与H2O的浓度之比为1∶2　

D．单位时间内，消耗2mol CH3OH的同时消耗1molH2O

Answer 1

【答案】 -246.4 kJ·mol-1 > 0.04 mol·L-1 0 .16 mol/(L·min) D

【解析】(1). 煤的气化主要指的是碳和水蒸气在高温下反应生成CO和H2，化学方程式为C＋H2OCO＋H2，故答案为：C＋H2OCO＋H2；

(2). 已知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，根据盖斯定律可知，①×2+②+③得：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g) ΔH＝-246.4 kJ·mol-1，故答案为：-246.4 kJ·mol-1；

(3). ①. 由表中数据可知，反应进行到某时刻时：Qc===1.86＜K=400，说明此时反应正向进行，v正＞v逆，故答案为：＞；

②. 由反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)和表中数据可知，起始时加入CH3OH的物质的量为1.64mol，反应经10 min达到平衡，根据平衡三段式法有：

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

起始浓度(mol/L) 1.64 0 0

转化浓度(mol/L) 2a a a

平衡浓度(mol/L) 1.64－2a a a

K===400，解得a=0.8，则达到平衡时c(CH3OH)=(1.64－2×0.8)mol/L=0.04mol/L，该时间内用CH3OH表示的反应速率为v(CH3OH)= =0.16mol/(L·min)，故答案为：0.04mol/L；0.16mol/(L·min)；

③. A. 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)为等体积的可逆反应，体系压强始终不变，则体系压强保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；B. 在密闭的恒容容器中加入CH3OH进行反应，混合气体的密度始终不变，则混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；C. CH3OH与H2O的浓度之比为1:2时，不能说明各物质的浓度不变，所以不能说明反应达到平衡状态，故C错误；D. 单位时间内，消耗2mol CH3OH的同时消耗1molH2O，说明正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡状态，故D正确；答案选D。