Question

9．二甲醚（CH₃OCH₃）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．
（2）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）△H=-246.4KJ•mol^-1；
則該反應(yīng)D．
A．任何溫度下都能進(jìn)行  B．任何溫度下都不能進(jìn)行
C．高溫下能自發(fā)進(jìn)行  D．低溫下能自發(fā)進(jìn)行
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（以上都填字母代號(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
（3）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�。簐_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）=0.04 mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）H₂S與Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成兩種酸式鹽為硫氫化鈉和碳酸氫鈉；
（2）利用蓋斯定律計(jì)算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
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應(yīng)方程式，
改變條件增大反應(yīng)速率，可以采取加入催化劑、升溫、加壓、增大濃度等措施，且提高CO的轉(zhuǎn)化率應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答；
（3）①平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪之積與反應(yīng)物平衡濃度冪之積的比，結(jié)合平衡濃度計(jì)算，依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
②根據(jù)平衡常數(shù)列式計(jì)算平衡濃度，c=$\frac{n}{V}$；

解答 解：（1）H₂S與Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成兩種酸式鹽為硫氫化鈉和碳酸氫鈉，反應(yīng)方程式為Na₂CO₃+H₂S═NaHCO₃+NaHS，
故答案為：Na₂CO₃+H₂S═NaHCO₃+NaHS；
（2）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
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應(yīng)方程式，則△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
a．正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，減壓，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故a錯(cuò)誤；
b．加入催化劑，反應(yīng)速率增大，不影響平衡移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．減少CO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．增加CO的濃度，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故d錯(cuò)誤；
e．分離出二甲醚，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故e正確；故選ce．
故答案為：-246.4kJ•mol^-1；ce；
（3）①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{[C{H}_{3}OC{H}_{3}[{H}_{2}O]]}{[C{H}_{3}OH]^{2}}$，將所給濃度帶入平衡常數(shù)表達(dá)式：$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=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，
故答案為：＞；
②依據(jù)化學(xué)平衡三行計(jì)算列式，設(shè)10min達(dá)到平衡生成甲醚物質(zhì)的量為x，
                     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=$\frac{（0.6+x）^{2}}{（0.6-x）^{2}}$=400，解得x=0.2mol/L，
故平衡時(shí)c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
故答案為：0.04 mol•L^-1；

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡計(jì)算等，難度中等，注意蓋斯定律及平衡三行計(jì)算的應(yīng)用．