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，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上可利用煤的氣化產物（水煤氣）合成二甲醚．請回答下列問題：
（1）寫出用碳制取水煤氣的化學反應方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂（注明反應條件）
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
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：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）的△H=-246.4 kJ•mol^-1；
（3）一定條件下的密閉容器中，3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）達到平衡，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是c、e（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
（4）已知反應②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）某溫度下的平衡常數為400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/ （mol•L-1）	0.44	0.6	0.6

①比較此時正、逆反應速率的大�。簐_正＞ v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）
②在相同溫度下，若起始加入CH₃OH的濃度為1.64mol/L后，經10min反應達到平衡，此時c（CH₃OCH₃）=0.8mol/L；該時間內反應速率v（CH₃OH）=0.16mol/L•min
（5）將煤加工成水煤氣可降低污染并能提高燃料的利用率，已知該反應的△H＞0，△S＞0，該反應在常溫下不能自發(fā)進行？（填“能”或“不能”）

Answer 1

分析 （1）煤的氣化是利用煤與水蒸氣高溫條件小反應，生成CO和H₂的過程；
（2）利用蓋斯定律計算，通過①×2+②+③可得所求反應方程式，則△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol；
（3）一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，應使平衡向正反應方向移動，可減少CO₂的濃度或分離出二甲醚，由于反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，轉化率減小，催化劑不影響平衡移動，而增加CO的濃度，CO的轉化率反而減��；
（4）①根據Qc和K的大小關系進行計算回答；
②根據方程式計算平衡常數，然后利用三段式法解答．
（5）根據反應自發(fā)性的判據△H-T△S＜0進行判斷回答．

解答 解：（1）煤的氣化是利用煤與水蒸氣高溫條件小反應，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可得所求反應方程式，3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol，
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4 kJ•mol^-1；
（3）一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，應使平衡向正反應方向移動，可減少CO₂的濃度或分離出二甲醚，由于反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，轉化率減小，催化劑不影響平衡移動，而增加CO的濃度，CO的轉化率反而減小，故選ce；
（4）①該反應的平衡常數表達式為：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表達式，得到濃度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.86＜400，故反應向正反應方向進行，正反應速率大于逆反應速率，
故答案為：＞；
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
初始濃度（mol•L^-1）：1.64          0          0
轉化濃度（mol•L^-1）：2x           x            x
平衡濃度（mol•L^-1）：1.64-2x       x          x
K=$\frac{{x}^{2}}{（1.64-2x）^{2}}$=200，解得x=0.8mol/L，故平衡時c（CH₃OCH₃）=0.8mol/L，
v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16mol/L•min，
故答案為：0.8mol/L；0.16mol/L•min；
（5）反應自發(fā)性的判據△H-T△S＜0，該反應的△H＞0，△S＞0，該反應在常溫下不能使判據小于零成立，故不能自發(fā)進行，故答案為：不能．

點評 本題考查較為綜合，通過計算書寫燃料電池的電極反應式、溶液中離子濃度大小關系等重要考點，題目難度中等，注意“始、轉、平”是解決有關化學平衡的“三段論”解題法，當三組量一旦確定，可以解答有關平衡的平衡常數、轉化率等的計算．