题目内容
【题目】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:___________________________
(2)煤的气话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:______________________________________________
(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
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
总反应:3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g) +CO2 (g)的ΔH=__________ ,
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___________(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(正) ______v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
②若加入CH3OH后,经10 min反应达到平衡,此时c(CH3OH) = _________,该时间内反应速率v(CH3OH) = __________。
【答案】 C+H2OCO+H2 H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3 -246.4kJ·mol-1 ce > 0.04mol·L-1 0.16mol·L-1·min-1
【解析】(3)根据盖斯定律,①×2+②+③得总反应,总反应的ΔH=-90.8 kJ·mol-1×2+(-23.5 kJ·mol-1)+(-41.3 kJ·mol-1)=-246.4 kJ·mol-1
a项,该反应为放热反应,升高温度,平衡左移;b项,加催化剂平衡不移动;c项,减少生成物浓度,平衡右移;d项,增加CO浓度,平衡右移,但CO转化率减小;e项与c项原理相同。
(4)①该时刻浓度商Qc==1.86,Qc小于平衡常数K,平衡向右移动,v正>v逆。
②设从题干中这一时刻到平衡状态,CH3OCH3的物质的量浓度增加c。则
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
某时刻: 0.44 0.6 0.6
继续反应: 2c c c
平衡状态:0.44-2c 0.6+c 0.6+c
平衡状态时,K==400,
解得c=0.2 mol/L
c(CH3OH)=0.44 mol/L-2×0.2 mol/L=0.04 mol/L
反应前CH3OH的浓度为0.44 mol/L+0.6 mol/L×2=1.64 mol/L
该时间内的反应速率v(CH3OH)==0.16 mol/(L·min)。