Question

3．二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（CH₃OCH₃）．
请回答下列问题：
（1）利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：（甲醇：CH₃OH）
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
则利用水煤气合成二甲醚的总反应的热化学方程式为3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-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ce（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
（2）、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_正＞ v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，此时c（CH₃OH）=0.04mol/L；该时间内反应速率v（CH₃OH）=0.16 mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）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
由盖斯定律可知，①×2+②+③可得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；
要提高CO的转化率，应改变条件使平衡正向移动，不能只增大CO浓度，否则CO转化率为降低；
（2）①计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断v_正、v_逆 相对大小；
②若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，设平衡时甲醚浓度变化量为xmol/L，甲醇的起始浓度为0.44mol/L+2×0.6mol/L=1.64mol/L，则：
               2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1.64          0           0
变化浓度（mol/L）：2x            x           x
平衡浓度（mol/L）：1.64-2x       x           x
根据平衡常数列方程计算x的值，进而平衡时甲醇浓度，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH）．

解答 解：（1）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
由盖斯定律可知，①×2+②+③可得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），则△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1，
故热化学方程式为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1，
a．正反应为气体体积减小的放热反应，高压有利于平衡正向进行，提高CO的转化率，但高温有利于平衡逆向进行，CO的转化率减小，可以采取低温高压，故a错误；
b．加入催化剂，不影响平衡移动，CO的转化率不变，故b错误；
c．减少CO₂的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，故c正确；
d．增加CO的浓度，CO的转化率会减小，故d错误；
e．分离出二甲醚，平衡正向移动，CO的转化率增大，故e正确，
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1；ce；
（2）①此时浓度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.86＜K=200，反应向正反应进行，则v_正＞v_逆，
故答案为：＞；
②若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，设平衡时甲醚浓度变化量为xmol/L，甲醇的起始浓度为0.44mol/L+2×0.6mol/L=1.64mol/L，则：
             2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1.64        0          0
变化浓度（mol/L）：2x          x          x
平衡浓度（mol/L）：1.64-2x     x          x
则$\frac{x×x}{（1.64-2x）^{2}}$=400，解得x=0.8，
故平衡时c（CH₃OH）=1.64mol/L-0.8mol/L×2=0.04mol/L，
所以甲醇的反应速率为v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16 mol/（L•min），
故答案为：0.04mol/L； 0.16 mol/（L•min）．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、热化学方程式书写等，注意理解根据浓度商与平衡常数关系判断反应进行方向，难度中等．