题目内容

二甲醚是一种重要的清洁燃料.工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚.主要的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g);△H=-91.8kJ?mol
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g);△H=-23.5kJ?mol
②CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g);△H=-41.3kJ?mol
回答下列问题:
(2)水煤气合成二甲醚三步反应总的热化学方程式为:
 

(3)-定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡后,要提高CO的转化率,下列措施中可以采取的是
 
 (填字母代号).
a.升高温度; b.降低温度; c.增大压强; d.减小压强;
e.缩小体积;f.增大CO的浓度;g.增大CO2的浓度
(3)某温度下,将一定里的CH3OH加入密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),
经20min反应达到平衡,此时测得c(CH3OH)=0.56mol?L;c(H2O)=0.72mol?L-1
①达平衡时,c(CH3OCH3)=
 
该时间段内反应逨率v(CH3OH)=
 
.开始加入的CH3OH浓度c(CH3OH)=
 

②在相同的条件下,若起始浓度的数值如下表所示
 物质  CH3OH  CH3OCH3  H2O
 浓度/(mol?L-1  0.28  0.86  0.86
则该反应正、逆反应速率(v、v)随时间(<)变化的曲线是下列图中的:
 
平衡时CH3OCH在混合物中的体积百分含量是
 

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分析:(1)依据已知热化学方程式和盖斯定律计算可解;
(2)3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-248.4 kJ?mol-1,一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,反应是放热反应,反应前后气体体积减小的反应,要提高CO的转化率,平衡正向进行,据此分析解答;
(3)①依据化学平衡三段式列式计算CH3OCH3的平衡浓度和CH3OH的反应速率以及开始加入的CH3OH浓度;
②计算常数的浓度商Qc,与平衡常数比较,判断反应进行的方向,进而判断正、逆反应速率关系,进而求解平衡时CH3OCH在混合物中的体积百分含量;
解答:解:(1)①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-91.8kJ?mol-1②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-23.5kJ?mol-1③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=-41.3kJ?mol-1
由盖斯定律②+③+①×2得到3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-248.4 kJ?mol-1
故答案为:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-248.4 kJ?mol-1
(2)3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-248.4 kJ?mol-1,一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,反应是放热反应,反应前后气体体积减小的反应,要提高CO的转化率,平衡正向进行.
a.升高温度,平衡向逆反应方向进行,故a不符合;
b.降低温度,平衡向吸热方向进行,向正反应方向进行,故b符合; 
c.增大压强,平衡向体积缩小的方向进行,正反应方向为体积缩小的方向,故c符合;
d.减小压强,平衡向体积增大的方向进行,逆反应方向为体积增大的方向,故d不符合;
e.缩小体积,压强增大平衡正向进行,一氧化碳转化率增大,故e符合;
f.增大CO的浓度,提高氢气转化率,一氧化碳转化率减小,故f不符合;
g.增大CO2的浓度,增大生成物浓度平衡向逆反应方向进行,一氧化碳转化率减小,故g不符合;
故选b、c、e;
(3)①某温度下,将一定里的CH3OH加入密闭容器中发生反应:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g),
经20min反应达到平衡,此时测得c(CH3OH)=0.56mol?L;c(H2O)=0.72mol?L-1
设转化的甲醇浓度为x
                 2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始量( mol/L)  0.56+x         0         0
变化量(mol/L)    x            0.5x      0.5x
平衡量(mol/L)    0.56          0.5x      0.72
则 0.5x=0.72  x=1.44,c(CH3OCH3)=0.72mol?L-1,v(CH3OH)=
△C
t
=
1.44mol?L-1
20min
=0.072mol?L-1?min-1,开始加入的CH3OH浓度0.56+x=0.56+1.44=2.00mol?L-1
故答案为:0.72mol?L-1;0.072mol?L-1?min-1;2.00mol?L-1
②对于可逆反应2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)的平衡常数k=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)

由①可知,在某温度下到达平衡,平衡时CH3OH、CH3OCH3、H2O浓度分别为0.56mol/L、0.72mol/L、0.72mol/L,故平衡常数k=
0.72×0.72
0.562
=1.65,此时的浓度商Qc=
0.86×0.86
0.282
=9.45,大于平衡常数,故反应向逆反应进行,v (正)<v (逆),故选E;
设转化的甲醇浓度为x
                 2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)
起始量( mol/L)  0.28         0.86      0.86
变化量(mol/L)    x            0.5x      0.5x
平衡量(mol/L)   0.28+x    0.86-0.5x   0.86-0.5x      
(0.86-0.5x)2
(0.28+x)2
=
0.722
0.562
,x=0.28,平衡时CH3OCH3在混合物中的体积百分含量是
0.86-0.5×0.28
0.28+0.28×0.5+(0.86-0.5×0.28)×2
×100%=36%,
故答案为:E;36%;
点评:本题考查热化学方程式和盖斯定律的分析应用,化学平衡的有关知识和化学计算,本题难度不大,做题时注意平衡三段式的应用,题目难度中等.
练习册系列答案
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(2010?天津)二甲醚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:
C+H2O
 高温 
.
 
CO+H2
C+H2O
 高温 
.
 
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,该反应的化学方程式为:
H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3
H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3

(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
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
总反应:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.4kJ?mol-1
-246.4kJ?mol-1

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,可以采取的措施是
c、e
c、e
(填字母代号).
a.高温高压          b.加入催化剂        c.减少CO2的浓度     d.增加CO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比较此时正、逆反应速率的大小:v
 v (填“>”、“<”或“=”).
②若加入CH3OH后,经10min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=
0.04mol?L-1
0.04mol?L-1
;该时间内反应速率v(CH3OH)=
0.16mol/(L?min)
0.16mol/(L?min)
(2012?虹口区二模)二甲醚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.工业上利用H2和CO2合成二甲醚的反应如下:6H2(g)+2CO2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)
已知该反应平衡常数(K)与温度(T)的关系如图所示.
(1)一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中进行该反应.下列能判断反应达到化学平衡状态的是
ad
ad
(选填编号).
a.c(H2)与c(H2O)的比值保持不变    b.单位时间内有2mol H2消耗时有1mol H2O生成
c.容器中气体密度不再改变             d.容器中气体压强不再改变
(2)温度升高,该化学平衡移动后到达新的平衡,CH3OCH3的产率将
变小
变小
(填“变大”、“变小”或“不变”,下同),混合气体的平均式量将
变小
变小

(3)一定温度和压强下,往体积为20L的容器中通入一定物质的量的H2与CO2,达到平衡时,容器中含有0.1mol二甲醚.计算H2的平均反应速率:
0.03
t
mol/(L.s),t-达到平衡所需的时间(单位:s,可自定)
0.03
t
mol/(L.s),t-达到平衡所需的时间(单位:s,可自定)
(用字母表示所缺少的物理量并指明其含义).
(4)工业上为提高CO2的转化率,采取方法可以是
bc
bc
(选填编号).
a.使用高效催化剂        b.增大体系压强
c.及时除去生成的H2O     d.增加原料气中CO2的比例.
(2012?崇明县二模)二甲醚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.工业上可利用焦炭与水蒸气在高温下的反应产物(水煤气)合成二甲醚.请回答下列问题:
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:
C+H2O
 高温 
.
 
CO+H2
C+H2O
 高温 
.
 
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,该反应的化学方程式为:
H2S+Na2CO3→NaHS+NaHCO3
H2S+Na2CO3→NaHS+NaHCO3

(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)+90.8kJ
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)+23.5kJ
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)+41.3kJ
总反应:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)+Q,其中Q=
246.4
246.4
kJ;
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,可以采取的措施是
c
c
(填字母代号).
a.低温高压b.加入催化剂c.减少CO2的浓度d.增加CO的浓度
(4)已知某温度下反应②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)在一密闭容器中进行到10min时恰好达平衡,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
比较此时正、逆反应速率数值(单位相同)的大小:v(甲醇)
v(水)(填“>”、“<”或“=”).
反应开始时c(CH3OH)=
1.64mol?L-1
1.64mol?L-1
;该时间内的平均反应速率v(CH3OH)=
0.16mol/L?min
0.16mol/L?min
;该温度下反应的平衡常数值为
1.86
1.86
.(精确到0.01)
二甲醚是一种重要的清洁燃料,工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚.利用水煤气合成二甲醚的热化学方程式为:
3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-274kJ?mol-1
(1)该反应在一定条件下的密闭容器中达到平衡后,为同时提高反应速率和二甲醚的产率,可以采取的措施是
 
(填字母)
A.降低温度   B.加入催化剂   C.缩小容器体积    D.增加H2的浓度   E.分离出二甲醚
(2)该反应可以分两步进行:
4H2(g)+2CO(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H1 ①
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2△H2=-42kJ?mol-1
则反应①的焓变△H1=
 
kJ?mol-1,熵变△S
 
(填“>、<或=”)0.
已知某些化学键的键能数据如下表所示:
化学键 C-H O-H H-H C-O C≡O
键能/kJ.mol-1 413 463 436 358 1072
CO中C与O之间为叁键连接,则CO2中碳氧键的键能是
 
kJ?mol-1
(3)二甲醚也可以通过CH3OH分子间脱水制得:
2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H3=-23.5kJ?mol-1.在T1℃,恒容密闭容器中建立上述平衡,体系中各组分浓度变化如下表:
物质 CH3OH (g) CH3OCH3 (g) H2O (g)
起始浓度/mol.l-1 2 0.2 0
平衡浓度/mol.l-1 0.4 1 0.8
①该条件下反应平衡常数K=
 

②相同条件下,若改变起始浓度.
物质 CH3OH (g) CH3OCH3 (g) H2O (g)
起始浓度/mol.l-1 0.4 1.2 0.6
此时正、逆反应速率的大小:v
 
(填“>、<或=”)v
(4)二甲醚-空气是一种高效的燃料电池,在氢氧化钾溶液中,电池反应方程式为:
CH3OCH3(l)+3O2(g)+4KOH(aq)═2K2CO3(aq)+5H2O(l)
请写出负极的电极反应式:
 

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