Question

14．二甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上可利用煤的氣化產物（水煤氣）合成二甲醚．
（1）煤的氣化的主要化學反應方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
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
總反應：3H₂（g）+3CO（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）的△H=-246.4kJ•mol^-1；一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是c、e（填字母代號）．
a．高溫高壓              b．加入催化劑            c．減少CO₂的濃度
d．增加CO的濃度        e．分離出二甲醚
（3）已知反應②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）某溫度下的平衡常數(shù)為400．
此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol•L-1）	0.44	0.6	0.6

①比較此時正、逆反應速率的大�。簐_正＞ v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH₃OH后，經(jīng)10min反應達到平衡，此時c（CH₃OH）=0.04mol•L^-1；該時間內反應速率v（CH₃OH）=0.16mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）煤的氣化是利用煤與水蒸氣高溫條件小反應，生成CO和H₂的過程；
（2）利用由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③計算；
（3）①該反應的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CH{\;}_{3}OH）}$=$\frac{0.6×0.6}{0.44{\;}^{2}}$=1.86＜400，故反應向正反應方向進行；
②2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某時刻濃度（mol•L^-1）：0.44           0.6      0.6
轉化濃度（mol•L^-1）：2x            x          x  
平衡濃度（mol•L^-1）：0.44-2x         0.6+x      0.6+x
K=$\frac{（0.6+x）2}{（0.44-2x）2}$，解得x=0.2mol/L，根據(jù)三段式進行計算．

解答 解：（1）煤的氣化是利用煤與水蒸氣高溫條件小反應，生成CO和H₂的過程：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應方程式，則△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol，一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，應使平衡向正反應方向移動，可減少CO₂的濃度或分離出二甲醚，由于反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，轉化率減小，催化劑不影響平衡移動，而增加
CO的濃度，CO的轉化率反而減小，
故答案為：-246.4 kJ•mol^-1；c、e；
（3）①該反應的平衡常數(shù)為：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OCH{\;}_{3}）×c（H{\;}_{2}O）}{c{\;}^{2}（CH{\;}_{3}OH）}$=$\frac{0.6×0.6}{0.44{\;}^{2}}$=1.86＜400，故反應向正反應方向進行，正反應速率大于逆反應速率，
故答案為：＞；
②2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某時刻濃度（mol•L^-1）：0.44           0.6      0.6
轉化濃度（mol•L^-1）：2x            x          x  
平衡濃度（mol•L^-1）：0.44-2x         0.6+x      0.6+x
K=$\frac{（0.6+x）2}{（0.44-2x）2}$，解得x=0.2mol/L，
故平衡時c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
起始時在密閉容器中加入CH₃OH，
則起始時甲醇的濃度為0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡時c（CH₃OH）=0.04mol/L，
則10min轉化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，
所以甲醇的反應速率為v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16 mol/（L•min），
故答案為：0.04 mol•L^-1； 0.16 mol/（L•min）．

點評 本題考查較為綜合，題目難度中等，注意“始、轉、平”是解決有關化學平衡的“三段論”解題法，當三組量一旦確定，可以解答有關平衡的平衡常數(shù)計算、轉化率、反應速率、平衡時成分的體積分數(shù)等的關鍵．