Question

20．二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(wú)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(wèn)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(guò)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：Na₂CO₃+H₂S═NaHCO₃+NaHS．
（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；
若總反應(yīng)平衡后，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．升溫  b．加催化劑 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）某溫度下平衡常數(shù)為400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如表：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol/L）	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達(dá)到平衡，此時(shí)c（CH₃OH）=0.04mol/L；該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.16 mol/（L•min）．
（5）2H₂+CO?CH₃OH的催化劑為Cu₂O，據(jù)研究，需要向反應(yīng)體系中額外加入少量CO₂，原因是：Cu₂O+CO?2Cu+CO₂（用化學(xué)方程式表示）．

Answer 1

分析 （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(guò)程；
（2）根據(jù)酸式鹽NaHS和NaHCO₃為書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（3）結(jié)合熱化學(xué)方程式和利用蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)方程式計(jì)算平衡常數(shù)，然后利用三段式法解答；
（5）根據(jù)Cu₂O能被CO還原生成CO₂和Cu，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)．

解答 解：（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(guò)程：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）H₂S和H₂CO₃均是二元酸，它們都存在酸式鹽NaHS和NaHCO₃，二者反應(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
由蓋斯定律可知，通過(guò)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，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，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可減少CO₂的濃度或分離出二甲醚，由于反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率減小，催化劑不影響平衡移動(dòng)，而增加
CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率反而減小，
故答案為：-246.4 kJ•mol^-1；ce；
（4）①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$，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：＞；
②2CH₃OH（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=$\frac{（0.6+x）^{2}}{（0.44-2x）^{2}}$，解得x=0.2mol/L，
故平衡時(shí)c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
起始時(shí)在密閉容器中加入CH₃OH，
則起始時(shí)甲醇的濃度為0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡時(shí)c（CH₃OH）=0.04mol/L，
則10min轉(zhuǎn)化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，
所以甲醇的反應(yīng)速率為v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16 mol/（L•min），
故答案為：0.04； 0.16；
（5）二氧化有利于抑制反應(yīng) Cu₂O+CO?2Cu+CO₂向正反應(yīng)方向移動(dòng)，維持Cu₂O的量不變，故答案為：Cu₂O+CO?2Cu+CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，題目難度中等，注意“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．