Question

15．二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(duì)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(qǐng)回答下列問題：
（1）煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．
（2）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：H₂S+Na₂CO₃═NaHS+NaHCO₃．
（3）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)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(yīng)：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(yīng)達(dá)到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是ce（填字母代號(hào)）．
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
（4）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(cè)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

①比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：v_正＞ v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH₃OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)c（CH₃OH）=0.04mol/L．

Answer 1

分析 （1）煤的氣化過程為：煤與水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣；
（2）H₂S可用Na₂CO₃溶液吸收，能生成兩種酸式鹽，依據(jù)硫化氫是二元酸，碳酸根離子為二元弱酸的酸根，所以生成的兩種酸式鹽為NaHS、NaHCO₃，配平書寫化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)蓋斯定律，將已知方程式變形得到目標(biāo)方程式，焓變值做相應(yīng)運(yùn)算，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)焓變；
要提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，
3H₂（g）+3CO（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g） 反應(yīng)特點(diǎn)為：正向反應(yīng)為氣體系數(shù)減小的反應(yīng)，反應(yīng)焓變小于0，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，要使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，可以采取措施：增大壓強(qiáng)；降低溫度；減小生成物濃度，增大反應(yīng)物濃度；使用催化劑不能改變平衡狀態(tài)；
（4）①計(jì)算Qc，依據(jù)Qc與K的大小關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，判斷正逆反應(yīng)速率；
②利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分濃度，依據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算解答．

解答 解：（1）煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H₂S可用Na₂CO₃溶液吸收，能生成兩種酸式鹽，說明反應(yīng)產(chǎn)物為硫氫化鈉和碳酸氫鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：H₂S+Na₂CO₃═NaHS+NaHCO₃；
故答案為：H₂S+Na₂CO₃═NaHS+NaHCO₃；
（3）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，
由蓋斯定律知：①×2+②+③，即得到3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g），
所以△H=2△H₁+△H₂+△H₃=-246.4kJ•mol^-1；
故答案為：-246.4kJ•mol^-1；
a．正反應(yīng)放熱，則降低溫度可使平衡向正方向移動(dòng)，故a不選；
b．使用催化劑不能引起平衡的移動(dòng)，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故b不選；
c．減少CO₂的濃度，即減小生成物濃度，平衡向正方向移動(dòng)，可以提高CO轉(zhuǎn)化率，故c選；
d．增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故d不選；
 e．分離出二甲醚，即減小生成物濃度，平衡向正方向移動(dòng)，可以提高CO轉(zhuǎn)化率，故e選；
故選：ce；
（4）①反應(yīng)濃度商Qc=$\frac{0.6mol/L×0.6mol/L}{（0.44mol/L）^{2}}$=1.86，溫度下的平衡常數(shù)為400，所以Qc＜K，反應(yīng)向正方向進(jìn)行，所以正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；
故答案為：＞；
②設(shè)平衡時(shí)，生成水的濃度為x，則：
                   2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某時(shí)刻濃度（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=$\frac{（0.6+x）{\;}^{2}}{（0.44-2x）^{2}}$=400，解得x=0.2mol/L，
所以平衡時(shí)c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
故答案為：0.04mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了方程式的書寫、反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)的影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，明確蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的方法、熟悉化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律及平衡常數(shù)的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．