Question

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(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚。

請回答下列問題：

⑴ 煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：_____________________________________。

⑵ 煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H₂S用Na₂CO₃溶液吸收，生成兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：_________________________________________________________。

⑶ 利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)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

總反應(yīng)：3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂ (g)的ΔH＝ ___________；

一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________（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

⑷ 已知反應(yīng)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(yīng)到某時(shí)刻測得各組分的濃度如下：

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

Answer 1

（共14分）

⑴ C + H₂O  CO + H₂

⑵ H₂S + Na₂CO₃ ＝ NaHS + NaHCO₃

⑶ －246.4 kJ·mol^－1

c  e

⑷ ①  >

② 0.04 mol·L^－1      0.16 mol/L·min

解析:

本題考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡知識。

（1）煤的氣化是利用煤與水蒸氣高溫條件小反應(yīng)，生成CO和H₂的過程：。

（2）H₂S和H₂CO₃均是二元酸，它們都存在酸式鹽NaHS和NaHCO₃。

（3）由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應(yīng)方程式，則△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol。

（4）①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=[c(CH₃OCH₃)×c(H₂O)]/c²(CH₃OH)，將所給濃度帶入平衡常數(shù)表達(dá)式：[0.6×0.6]/0.44²=1.86<400，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。

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

起始濃度（mol·L^-1）：   0.44           0.6      0.6

轉(zhuǎn)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=(0.6+x)²/(0.44-2x)²=400，解得x=0.2mol/L，故平衡時(shí)c(CH₃OH)=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L。

【規(guī)律總結(jié)】“始、轉(zhuǎn)、平”是解決有關(guān)化學(xué)平衡的“三段論”解題法，當(dāng)三組量一旦確定，可以解答有關(guān)平衡的平衡常數(shù)計(jì)算、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、平衡時(shí)成分的體積分?jǐn)?shù)等的關(guān)鍵。