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得到煤的氣化產物（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反應方程式為：_______________________________________。

（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：

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：3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) + CO2 (g)的ΔH＝_____________。

（3）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，在密閉恒容容器中加入CH3OH ，反應到某時刻測得各組分濃度如下：

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�。�v正 ______ v逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CH3OH后，經10 min反應達到平衡，此時c(CH3OH) ＝ ______ ；該時間內反應速率v(CH3OH) ＝ _______________________________。

③下列措施中能說明反應達到平衡狀態(tài)的是___________

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，消耗2mol CH3OH的同時消耗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生成CO和H2，化學方程式為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. 由表中數據可知，反應進行到某時刻時：Qc===1.86＜K=400，說明此時反應正向進行，v正＞v逆，故答案為：＞；

②. 由反應2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)和表中數據可知，起始時加入CH3OH的物質的量為1.64mol，反應經10 min達到平衡，根據平衡三段式法有：

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

起始濃度(mol/L) 1.64 0 0

轉化濃度(mol/L) 2a a a

平衡濃度(mol/L) 1.64－2a a a

K===400，解得a=0.8，則達到平衡時c(CH3OH)=(1.64－2×0.8)mol/L=0.04mol/L，該時間內用CH3OH表示的反應速率為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，體系壓強始終不變，則體系壓強保持不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；B. 在密閉的恒容容器中加入CH3OH進行反應，混合氣體的密度始終不變，則混合氣體的密度保持不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；C. CH3OH與H2O的濃度之比為1:2時，不能說明各物質的濃度不變，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；D. 單位時間內，消耗2mol CH3OH的同時消耗1molH2O，說明正反應速率等于逆反應速率，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；答案選D。