Question

【題目】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)上可利用煤與水蒸氣反應(yīng)得到煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣），再合成二甲醚。

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：_______________________________________。

（2）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 ＝ －90.8 kJ·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＝_____________。

（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(shí)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(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：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) ＝ _______________________________。

③下列措施中能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________

A．體系壓強(qiáng)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(shí)間內(nèi)，消耗2mol CH3OH的同時(shí)消耗1molH2O

Answer 1

【答案】 -246.4 kJ·mol-1 > 0.04 mol·L-1 0 .16 mol/(L·min) D

【解析】(1). 煤的氣化主要指的是碳和水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成CO和H2，化學(xué)方程式為C＋H2OCO＋H2，故答案為：C＋H2OCO＋H2；

(2). 已知① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g) ΔH ＝ －90.8 kJ·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，根據(jù)蓋斯定律可知，①×2+②+③得：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g) ΔH＝-246.4 kJ·mol-1，故答案為：-246.4 kJ·mol-1；

(3). ①. 由表中數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)進(jìn)行到某時(shí)刻時(shí)：Qc===1.86＜K=400，說明此時(shí)反應(yīng)正向進(jìn)行，v正＞v逆，故答案為：＞；

②. 由反應(yīng)2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)和表中數(shù)據(jù)可知，起始時(shí)加入CH3OH的物質(zhì)的量為1.64mol，反應(yīng)經(jīng)10 min達(dá)到平衡，根據(jù)平衡三段式法有：

2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)

起始濃度(mol/L) 1.64 0 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L) 2a a a

平衡濃度(mol/L) 1.64－2a a a

K===400，解得a=0.8，則達(dá)到平衡時(shí)c(CH3OH)=(1.64－2×0.8)mol/L=0.04mol/L，該時(shí)間內(nèi)用CH3OH表示的反應(yīng)速率為v(CH3OH)= =0.16mol/(L·min)，故答案為：0.04mol/L；0.16mol/(L·min)；

③. A. 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)為等體積的可逆反應(yīng)，體系壓強(qiáng)始終不變，則體系壓強(qiáng)保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；B. 在密閉的恒容容器中加入CH3OH進(jìn)行反應(yīng)，混合氣體的密度始終不變，則混合氣體的密度保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C. CH3OH與H2O的濃度之比為1:2時(shí)，不能說明各物質(zhì)的濃度不變，所以不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D. 單位時(shí)間內(nèi)，消耗2mol CH3OH的同時(shí)消耗1molH2O，說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；答案選D。