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)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）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）煤的氣化過程中產(chǎn)生的有害氣體H2S用Na2CO3溶液吸收，生成兩種酸式鹽，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：________________________________________。

（3）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＝ ___________；

一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是__________（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(yīng)②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某溫度下的平衡常數(shù)為400 。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH ，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

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

① 比較此時正、逆反應(yīng)速率的大�。�v正 ______ v逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

② 若加入CH3OH后，經(jīng)10 min反應(yīng)達到平衡，此時c(CH3OH) ＝ _________；該時間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH3OH) ＝ __________。達到平衡時甲醇的轉(zhuǎn)化率α（CH3OH）= _________

Answer 1

【答案】 C+H2OCO+H2 Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS -246.4kJ· mol -1 c、e ＞ 0.04 mol·L-1 0.16 mol·L-1·min-1 略

【解析】（1）煤炭氣化是指在一定溫度及壓力下使煤中有機質(zhì)與氣化劑（如蒸汽/空氣和/或氧氣等）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣體的合成氣的過程。故主要化學(xué)反應(yīng)方程式為：C+H2OCO+H2；（2）Na2CO3溶液吸收有害氣體H2S，生成兩種酸式鹽即NaHCO3、NaHS，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS；（3）總反應(yīng)式可由①×2+②+③ 得到，由蓋斯定律可得總反應(yīng)ΔH=（－90.8 kJ·mol－1）×2+（－23.5 kJ·mol－1）+（－41.3 kJ·mol－1）=－246.4kJ· mol -1；當總反應(yīng)達到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件促進平衡正向移動，應(yīng)用勒夏特列原理分析判斷，a．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，高溫使平衡逆向移動，高壓促進正向移動，故無法判斷，b．加入催化劑不影響平衡移動， c．減少CO2的濃度促進正向移動，d．增加CO的濃度促進正向移動，但CO轉(zhuǎn)化少，CO增加的多，轉(zhuǎn)化率下降，e．分離出二甲醚有利于平衡進正向移動。故c、e正確。

（4）① Qc=c(CH3OCH3) ·c(H2O)/c2(CH3OH)=0.6×0.6/0.442=1.86＜400，則反應(yīng)正向進行，v正> v逆；② 由表格數(shù)據(jù)可知，在密閉容器中開始時CH3OH濃度為1.64mol/L，設(shè)經(jīng)10 min反應(yīng)達到平衡時轉(zhuǎn)化的濃度為x，則

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

起始(mol/L) 1.64 0 0

轉(zhuǎn)化(mol/L)： x 0.5x 0.5x

平衡(mol/L)：1.64-x 0.5x 0.5x

則：0.5x×0.5x/(1.64-x)2=400 x=1.6mol/L，平衡時CH3OH的濃度為1.64mol/L-1.6mol/L=0.04mol/L；v(CH3OH) ＝1.6mol/L/10 min=0.16 mol·L-1·min-1；平衡時CH3OH的轉(zhuǎn)化率為1.6mol/L/1.64mol/L×100%=97.6%。

點晴：新熱化學(xué)方程式的反應(yīng)熱關(guān)鍵是抓住蓋斯定律，建立等式，代入數(shù)據(jù)即可，如第（3）問；有關(guān)化學(xué)平衡中的計算，掌握基礎(chǔ)方法即三段式法，如第（4）問，注意表達中代入的是物質(zhì)的量濃度、各種計算量的表達式是否正確。