Question

（14分）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：

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 ＝ －90.8kJ·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(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

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(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�。�v_正 ______ v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CH₃OH后，經(jīng)10 min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)c(CH₃OH)＝ _________；該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH₃OH)＝ __________。

 

Answer 1

(1) C+H₂OCO+H₂。

(2) Na₂CO₃+H₂S==NaHCO₃+NaHS

(3) -246.4kJ· mol ^-1     c、e

(4) ①＞  ②0.04 mol·L^-1    0.16mol·L^-1·min^-1

 

解析:(1)煤生成水煤氣的反應(yīng)為C+H₂OCO+H₂。

(2)既然生成兩種酸式鹽，應(yīng)是NaHCO₃和NaHS，故方程式為：

Na₂CO₃+H₂S==NaHCO₃+NaHS。

(3)觀察目標(biāo)方程式，應(yīng)是①×2+②+③，故△H=2△H₁+△H₂+△H₃=-246.4kJ·mol ^-1。

正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，CO轉(zhuǎn)化率減小；加入催化劑，平衡不移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率不變；減少CO₂的濃度、分離出二甲醚，平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率增大；增大CO濃度，平衡右移，但CO轉(zhuǎn)化率降低；故選c、e。

(4)此時(shí)的濃度商Q==1.86＜400，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故_正＞_逆；設(shè)平衡時(shí)生成物的濃度為0.6+x，則甲醇的濃度為（0.44-2x）有：400=，解得x=0.2 mol·L^-1，故0.44 mol·L^-1-2x=0.04 mol·L^-1。

由表可知，甲醇的起始濃度度為(0.44+1.2) mol·L^-1=1.64 mol·L^-1，其平衡濃度為0.04 mol·L^-1，

10min變化的濃度為1.6 mol·L^-1，故(CH₃OH)=0.16mol·L^-1·min^-1。