Question

甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等．工業(yè)上利用煤在高溫下氣化得到的水煤氣合成甲醇、甲醚．請回答下列問題：
（1）寫出煤的氣化（生成水煤氣）的主要化學反應方程式

 

．
（2）一定溫度下，若反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在一密閉容器中進行，能判定該反應達平衡狀態(tài)的是

 

（填序號）．
A．容器中氣體的密度不變         B．v（CO）_正=v（CO₂）_逆 
C．混合氣體中c（H₂）=c（H₂O）    D．容器內的物質的量不變
（3）利用水煤氣合成甲醚的三步反應為：
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
則由H₂和CO生成CH₃OCH₃和CO₂的熱化學方程式為：

 

．
（4）CO和H₂可用于合成甲醇（CH₃OH），如圖甲是CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系圖，則溫度t₁、t₂、t₃三者的高低關系是

 

，實際生產控制在t₁℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是

 

．
（5）某溫度下．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）的平衡常數為400，此溫度下，在2L密閉容器中加入3.28mol CH₃OH，10分鐘達平衡，則該時間內由甲醇生產甲醚的反應速率為v（CH₃OCH₃）=

 

．若此時再分別加入1mol CH₃OH 和2mol的H₂O（g），則此時”v_正

 

v_逆（填“＞”“=”“＜”）．
（6）有研究者在催化劑、5.0MPa條件下，由CO和H₂直接制備甲醚，結果如圖乙所示，CO的轉化率隨溫度升高而降低的原因是

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡狀態(tài)的判斷,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）碳和水反應生成一氧化碳和氫氣，根據質量守恒定律可以書寫化學方程式；
（2）反應到達平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，各物質的濃度保持不變，以及由此衍生的一些量保持不變，據此分析；
（3）根據已知方程式，利用蓋斯定律計算；
（4）CO和 H₂合成甲醇（CH₃OH）的反應為放熱反應，根據溫度對CO轉化率的影響分析；根據壓強對轉化率及生產成本的影響分析；
（5）列三段式，根據K求出CH₃OCH₃的濃度變化，再求出反應速率；根據

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

與平衡常數K的關系分析；
（6）依據溫度對化學平衡移動的影響分析．

解答： 解：（1）碳和水反應生成一氧化碳和氫氣的化學方程式為：C+H₂O

高溫  .

CO+H₂，故答案為：C+H₂O

高溫  .

CO+H₂；
（2）A．容器的體積不變，氣體的質量守恒，所以容器中氣體的密度始終不變，因此不能根據密度不變來判斷平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應到達平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，所以v（CO）_正=v（CO₂）_逆，即是平衡狀態(tài)，故B正確；
C．混合氣體中c（H₂）與c（H₂O） 的關系，與初始量有關，所以不能說明達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．該反應前后氣體的總物質的量相等，所以容器內的物質的量不變，不能說明達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：B；
（3）已知：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
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），則△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=-246.4kJ?mol^-1；
（4）CO和 H₂合成甲醇（CH₃OH）的反應為放熱反應，升高溫度平衡逆移，則CO轉化率減小，即溫度越高CO的轉化率越小，由圖可知，溫度的關系為：
t₁＜t₂＜t₃；此壓強下轉化率已經很大，再增大壓強轉化率改變很小，而且增大壓強會提高生產成本；
故答案為：t₁＜t₂＜t₃；此壓強下轉化率已經很大，再增大壓強轉化率改變很小，而且增大壓強會提高生產成本；
（5）在2L密閉容器中加入3.28mol CH₃OH，則開始時甲醇的濃度為1.64mol/L，設轉化的甲醇的濃度為xmol/L，
                    2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g） 
起始濃度（mol?L^-1）：1.64           0        0
  轉化濃度（mol?L^-1）：x             

1

2

x      

1

2

x   
 平衡濃度（mol?L^-1）：1.64-x         

1

2

x     

1

2

x
已知此時平衡常數為400，則K=

1 2 x× 1 2 x

(1.64-x)2

=400，解得x=1.6；則c（CH₃OCH₃）=0.8mol?L^-1，所以v（CH₃OCH₃）=

0.8mol/L

10min

=0.08mol?L^-1?min^-1，
若此時再分別加入1mol CH₃OH 和2mol的H₂O（g），則c（CH₃OH）=1.64mol?L^-1-1.6mol?L^-1+0.5mol?L^-1=0.54mol?L^-1，c（H₂O）=0.8mol?L^-1+1mol?L^-1=1.8mol?L^-1，c（CH₃OCH₃）=0.8mol?L^-1，所以

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

1.8×0.8

0.542

=4.9＜K=400，說明未達到平衡狀態(tài)，所以反應正向進行，即v_正＞v_逆
故答案為：0.08mol?L^-1?min^-1；＞；
（6）因為該反應為放熱反應，所以升高溫度平衡逆向移動，則CO的轉化率減小；
故答案為：反應放熱，升高溫度平衡逆移．

點評：本題考查了方程式的書寫、化學平衡狀態(tài)的判斷、蓋斯定律的應用、平衡移動原理的應用、反應速率及平衡常數的計算等，題目考查的知識點較多，題目綜合性強，注意對相關原理的把握，題目難度中等．