二甲醚是一種重要的清潔燃料,工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚.利用水煤氣合成二甲醚的熱化學(xué)方程式為:
3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-274kJ?mol-1
(1)該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后,為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率,可以采取的措施是
 
(填字母)
A.降低溫度   B.加入催化劑   C.縮小容器體積    D.增加H2的濃度   E.分離出二甲醚
(2)該反應(yīng)可以分兩步進(jìn)行:
4H2(g)+2CO(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H1 ①
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2△H2=-42kJ?mol-1
則反應(yīng)①的焓變△H1=
 
kJ?mol-1,熵變△S
 
(填“>、<或=”)0.
已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表所示:
化學(xué)鍵 C-H O-H H-H C-O C≡O(shè)
鍵能/kJ.mol-1 413 463 436 358 1072
CO中C與O之間為叁鍵連接,則CO2中碳氧鍵的鍵能是
 
kJ?mol-1
(3)二甲醚也可以通過CH3OH分子間脫水制得:
2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H3=-23.5kJ?mol-1.在T1℃,恒容密閉容器中建立上述平衡,體系中各組分濃度變化如下表:
物質(zhì) CH3OH (g) CH3OCH3 (g) H2O (g)
起始濃度/mol.l-1 2 0.2 0
平衡濃度/mol.l-1 0.4 1 0.8
①該條件下反應(yīng)平衡常數(shù)K=
 

②相同條件下,若改變起始濃度.
物質(zhì) CH3OH (g) CH3OCH3 (g) H2O (g)
起始濃度/mol.l-1 0.4 1.2 0.6
此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大。簐
 
(填“>、<或=”)v
(4)二甲醚-空氣是一種高效的燃料電池,在氫氧化鉀溶液中,電池反應(yīng)方程式為:
CH3OCH3(l)+3O2(g)+4KOH(aq)═2K2CO3(aq)+5H2O(l)
請(qǐng)寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式:
 
分析:(1)根據(jù)外加條件對(duì)速率和平衡的影響分析;
(2)根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知方程構(gòu)建目標(biāo)方程,再計(jì)算△H;根據(jù)方程式中氣體的計(jì)量數(shù)的變化判斷,熵的變化;根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=△H計(jì)算;
(3)①根據(jù)平衡常數(shù)的含義結(jié)合表中數(shù)據(jù)計(jì)算;
②根據(jù)
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
與K的關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向,然后判斷正、逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系;
(4)二甲醚-空氣燃料電池中負(fù)極上二甲醚失電子生成碳酸根離子.
解答:解:(1)該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后,為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率,則速率加快而且平衡正移;
A.降低溫度,反應(yīng)速率減小,不符合題意,故A不選;
B.加入催化劑,速率加快,但是平衡不移動(dòng),不符合題意,故B不選;
C.縮小容器體積,壓強(qiáng)增大,速率加快,平衡正移二甲醚的產(chǎn)率提高,故C選;
D.增加H2的濃度,速率加快,平衡正移二甲醚的產(chǎn)率提高,故D選;
E.分離出二甲醚,濃度減小,反應(yīng)速率減小,不符合題意,故E不選;
故答案為:CD;
(2)已知:4H2(g)+2CO(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H1
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2△H2=-42kJ?mol-1
3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-274kJ?mol-1
根據(jù)蓋斯定律可知①+②=③,則①=③-②,所以△H1=(-274kJ?mol-1)-(-42kJ?mol-1)=-232kJ?mol-1;
由方程4H2(g)+2CO(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)可知反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量減少,所以熵減小,即△S<0;
已知CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2△H2=-42kJ?mol-1,反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=△H,則1072+463×2-2Q-436=-42,所以Q=802KJ;
故答案為:-232;<;802;
(3)①K=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
=
0.8×1
0.42
=5;
故答案為:5;
②相同條件下,若改變起始濃度,則
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
=
1.2×0.6
0.42
=4.5<K,則反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài),所以反應(yīng)正向進(jìn)行,則v>v;
故答案為:>;
(4)二甲醚-空氣燃料電池中負(fù)極上二甲醚失電子生成碳酸根離子,反應(yīng)的電極方程式為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O;
故答案為:CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O.
點(diǎn)評(píng):本題考查了影響反應(yīng)速率和平衡的因素、反應(yīng)熱的計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)算、電極方程式的書寫等,題目側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力,題目綜合性較大,難度中等.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(2010?天津)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
 高溫 
.
 
CO+H2
C+H2O
 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
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
-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
c、e
c、e
(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。簐
 v (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-1
0.04mol?L-1
;該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH3OH)=
0.16mol/(L?min)
0.16mol/(L?min)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(2012?虹口區(qū)二模)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)上利用H2和CO2合成二甲醚的反應(yīng)如下:6H2(g)+2CO2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)
已知該反應(yīng)平衡常數(shù)(K)與溫度(T)的關(guān)系如圖所示.
(1)一定溫度下,在一個(gè)固定體積的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng).下列能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是
ad
ad
(選填編號(hào)).
a.c(H2)與c(H2O)的比值保持不變    b.單位時(shí)間內(nèi)有2mol H2消耗時(shí)有1mol H2O生成
c.容器中氣體密度不再改變             d.容器中氣體壓強(qiáng)不再改變
(2)溫度升高,該化學(xué)平衡移動(dòng)后到達(dá)新的平衡,CH3OCH3的產(chǎn)率將
變小
變小
(填“變大”、“變小”或“不變”,下同),混合氣體的平均式量將
變小
變小

(3)一定溫度和壓強(qiáng)下,往體積為20L的容器中通入一定物質(zhì)的量的H2與CO2,達(dá)到平衡時(shí),容器中含有0.1mol二甲醚.計(jì)算H2的平均反應(yīng)速率:
0.03
t
mol/(L.s),t-達(dá)到平衡所需的時(shí)間(單位:s,可自定)
0.03
t
mol/(L.s),t-達(dá)到平衡所需的時(shí)間(單位:s,可自定)
(用字母表示所缺少的物理量并指明其含義).
(4)工業(yè)上為提高CO2的轉(zhuǎn)化率,采取方法可以是
bc
bc
(選填編號(hào)).
a.使用高效催化劑        b.增大體系壓強(qiáng)
c.及時(shí)除去生成的H2O     d.增加原料氣中CO2的比例.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(2012?崇明縣二模)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)上可利用焦炭與水蒸氣在高溫下的反應(yīng)產(chǎn)物(水煤氣)合成二甲醚.請(qǐng)回答下列問題:
(1)制水煤氣的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為:
C+H2O
 高溫 
.
 
CO+H2
C+H2O
 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
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)+90.8kJ
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)+23.5kJ
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)+41.3kJ
總反應(yīng):3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)+Q,其中Q=
246.4
246.4
kJ;
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
c
c
(填字母代號(hào)).
a.低溫高壓b.加入催化劑c.減少CO2的濃度d.增加CO的濃度
(4)已知某溫度下反應(yīng)②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)在一密閉容器中進(jìn)行到10min時(shí)恰好達(dá)平衡,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
比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率數(shù)值(單位相同)的大。簐(甲醇)
v(水)(填“>”、“<”或“=”).
反應(yīng)開始時(shí)c(CH3OH)=
1.64mol?L-1
1.64mol?L-1
;該時(shí)間內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=
0.16mol/L?min
0.16mol/L?min
;該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值為
1.86
1.86
.(精確到0.01)

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

已知二甲醚是一種重要的清潔燃料,可以通過CH3OH分子間脫水制得:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=23.5kJ?mol-1.在T1℃,恒容密閉容器中建立上述平衡,體系中各組分濃度隨時(shí)間變化如圖所示.請(qǐng)回答下列問題:
(1)該條件下反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
.在T1℃時(shí),該反應(yīng)的平衡常數(shù)為
5
5
,達(dá)到平衡時(shí)n(CH3OH):n(CH3OCH3):n(H2O)=
2:5:4
2:5:4

(2)相同條件下,若改變起始濃度,某時(shí)刻各組分濃度依次為c(CH3OH)=0.4mol?L-1、c(H2O)=0.6mol?L-1、c(CH3OCH3)=1.2mol?L-1,此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大。簐 (正)
 v (逆)(填“>”、“<”或“=”),反應(yīng)向
正反應(yīng)方向
正反應(yīng)方向
進(jìn)行(填“正反應(yīng)方向”或“逆反應(yīng)方向”).

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