Question

（14分）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：

⑴ 煤的氣化的主要化學反應方程式為：___________________________。

⑵ 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 K₁

② 2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)；ΔH＝－23.5 kJ·mol^－1 K₂

③ CO(g) + H₂O(g)CO₂(g) + H₂(g)；ΔH＝－41.3 kJ·mol^－1 K₃

總反應：3H₂(g) + 3CO(g)CH₃OCH₃(g) +CO₂ (g)的ΔH＝ _____ , K=      （用包含K₁、 K₂、 K₃的式子表示）.一定條件下的等容密閉容器中，該總反應達到平衡，要提高CO的轉化率，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．增加H₂的濃度      f．充入He

（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、逆反應速率的大小：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) ＝ __________。

 

Answer 1

【答案】

(1) C+H₂OCO+H₂  (2) -246.4kJ· mol ^-1；K₁²·K₂· K₃  ；c、e

(3)   ①＞  ②0.04 mol·L^-1 ；0.16 mol·L^-1·min^-1（每格2分）

【解析】（1）煤氣化主要是在高溫下煤和水蒸氣反應合成水煤氣，所以方程式為

 C+H₂OCO+H₂。

（2）考查蓋斯定律的應用和平衡常數的計算。①×2＋②＋③即得到

3H₂(g) + 3CO(g)CH₃OCH₃(g) +CO₂ (g)，所以ΔH等于－（90.8×2＋23.5＋41.3）kJ·mol^－1 ＝－246.4kJ· mol ^-1。根據①×2＋②＋③可計算平衡常數為K＝K₁²·K₂· K₃。因為反應是體積減小的、放熱的可逆反應，高溫向逆反應方向移動，催化劑不能改變平衡狀態，降低生成物濃度平衡向正反應方向移動，增加CO的濃度平衡向正反應方向移動，但后降低自身的轉化率，增大氫氣濃度可以提高CO的轉化率，保持體積不變，充入稀有氣體，平衡不移動，因此答案是ce。

（3）根據數據可計算出，小于平衡常數，因而正反應速率大逆反應速率。因為最初加入的甲醇是1.64mol·L^－1，所以根據反應式可進行計算。

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                 0.5x       0.5x

平衡濃度（mol·L^－1）     1.64－x               0.5x      0.5x

所以

解得x＝1.6。所以平衡時c(CH₃OH)等于0.04mol·L^－1。反應速率v(CH₃OH) 等于0.16 mol·L^-1·min^-1。