Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。请回答下列问题：

（1）煤的气化的主要化学反应方程式为：_____________________。

（2）煤的气化过程中产生的有害气体H₂S用Na₂CO₃溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的离子方程式为：___________________。

（3）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

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

总反应：3H₂(g) + 3CO(g)CH₃OCH₃(g) +CO₂ (g)的ΔH＝_________；一定条件下的等容密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是           （填字母代号）。

a．高压低温     b．加入催化剂    c．减少CO的浓度

d．增加H₂的浓度      e．分离出二甲醚

（4）已知反应②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol·L^－1）	0.44	0.6	0.6

①此时反应__________(填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“达到化学平衡”)。

②若加入CH₃OH后，经10 min反应达到平衡，此时c(CH₃OH)＝_________，该时间内反应速率v(H₂O) ＝ __________。

Answer

（1）(1) C+H2O(g)CO+H2；

（2）CO32-+H2S=HCO3-+HS-；（3）-246.4kJ/mol，a、d、e；

（4）①向正反应方向进行；②0.04mol/L，0.08mol/(Lmin)。

【解析】

试题分析：（1）煤与水蒸气早高温下发生反应产生CO和H2，反应的化学方程式是：C+H2O(g) CO+H2 ；（2）煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，碳酸氢钠进而硫氢化钠，该反应的离子方程式为：CO32-+H2S=HCO3-+HS-；（3）由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol- 41.3kJ/mol= -246.4 kJ/mol； 一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，应使平衡向正反应方向移动，a．该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，增大压强，平衡正向移动，降低温度，平衡正向移动，所以高压低温可提高CO的转化率，正确； b．加入催化剂 化学平衡不发生移动，CO的转化率不变，错误；c减少CO的浓度，平衡逆向移动，CO转化率降低，错误；d．增加H2的浓度 ，化学平衡正向移动，可以使更多CO发生反应，可提高CO的转化率，正确； e．分离出二甲醚，即减小了生成物的浓度，化学平衡正向移动，可提高CO的转化率，正确；故正确选项是a、d、e；（4）①该反应的平衡常数表达式为：K=c(CH3OCH3)×c(H2O)/c2(CH3OH)，将所给浓度带入平衡常数表达式：K= (0.6×0.6)÷0.442=1.86＜400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率；

② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)

某时刻浓度（mol•L-1）：0.44 0.6 0.6

转化浓度（mol•L-1 ）： 2x x x

平衡浓度（mol•L-1 ）： 0.44-2x 0.6+x 0.6+x

K=(0.6+x)2÷ (0.44−2x)2，解得x=0.2mol/L，故平衡时c(CH3OH)=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，起始时在密闭容器中加入CH3OH，则10min转化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，反应产生水的物质的量是浓度是1.6mol/L÷1=0.8mol/L，则V(H2O)=0.8mol/L÷10min= 0.08mol/（L•min）

考点：考查化学方程式、离子方程式的书写、反应热的计算、有关化学平衡及化学反应速率的计算等知识。