Question

11．二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：
（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）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=-246.4 kJ•mol^-1；一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是ce（填字母代號）．
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，在密閉恒容容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時刻測得各組分濃度如下：

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)達到平衡，此時c（CH₃OH）=0.04 mol•L^-1；該時間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.16 mol/（L•min）．
③下列措施中能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是D
A．體系壓強保持不變　　　 B．混合氣體的密度保持不變
C．CH₃OH與H₂O的濃度之比為1：2
D．單位時間內(nèi)，消耗2mol CH₃OH的同時消耗1molH₂O．

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；
（2）利用蓋斯定律結(jié)合已知反應(yīng)的熱方程式計算；
（3）①根據(jù)Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$計算，然后比較與k的大小，再判斷反應(yīng)方向；
②根據(jù)方程式計算平衡常數(shù)，然后利用三段式法解答；
③當化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，根據(jù)密度和平均相對分子質(zhì)量的公式進行分析解答該題．

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的過程：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）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，一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，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，轉(zhuǎn)化率減小，催化劑不影響平衡移動，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；c、e；
（3）①Q(mào)c=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.86＜400，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，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c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
起始時在密閉容器中加入CH₃OH，
則起始時甲醇的濃度為0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡時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 mol•L^-1； 0.16 mol/（L•min）；
③A．反應(yīng)物和生成物中氣體的計量數(shù)之和相等，容器中壓強不變，不能證明達到了平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應(yīng)前后氣體的體積和質(zhì)量均不變，所以密度始終不會變化，所以混合氣體的密度不再變化不能說明達到了平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．CH₃OH與H₂O的濃度之比為1：2，不能說明反應(yīng)物的濃度保持不變，所以不能說明達到了平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．單位時間內(nèi)，消耗2mol CH₃OH表示正反應(yīng)速率，同時消耗1molH₂O表示逆反應(yīng)速率，而且正逆速率之比等于計量數(shù)之比，所以能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D．

點評 本題考查綜合考查了化學(xué)平衡的有關(guān)知識，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，當三組量一旦確定，可以解答有關(guān)平衡的平衡常數(shù)計算、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、平衡時成分的體積分數(shù)等的關(guān)鍵．