Question

甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等．工业上利用煤在高温下气化得到的水煤气合成甲醇、甲醚．请回答下列问题：
（1）写出煤的气化（生成水煤气）的主要化学反应方程式

 

．
（2）一定温度下，若反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在一密闭容器中进行，能判定该反应达平衡状态的是

 

（填序号）．
A．容器中气体的密度不变         B．v（CO）_正=v（CO₂）_逆 
C．混合气体中c（H₂）=c（H₂O）    D．容器内的物质的量不变
（3）利用水煤气合成甲醚的三步反应为：
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
则由H₂和CO生成CH₃OCH₃和CO₂的热化学方程式为：

 

．
（4）CO和H₂可用于合成甲醇（CH₃OH），如图甲是CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图，则温度t₁、t₂、t₃三者的高低关系是

 

，实际生产控制在t₁℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是

 

．
（5）某温度下．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）的平衡常数为400，此温度下，在2L密闭容器中加入3.28mol CH₃OH，10分钟达平衡，则该时间内由甲醇生产甲醚的反应速率为v（CH₃OCH₃）=

 

．若此时再分别加入1mol CH₃OH 和2mol的H₂O（g），则此时”v_正

 

v_逆（填“＞”“=”“＜”）．
（6）有研究者在催化剂、5.0MPa条件下，由CO和H₂直接制备甲醚，结果如图乙所示，CO的转化率随温度升高而降低的原因是

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡状态的判断,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）碳和水反应生成一氧化碳和氢气，根据质量守恒定律可以书写化学方程式；
（2）反应到达平衡状态时正逆反应速率相等，各物质的浓度保持不变，以及由此衍生的一些量保持不变，据此分析；
（3）根据已知方程式，利用盖斯定律计算；
（4）CO和 H₂合成甲醇（CH₃OH）的反应为放热反应，根据温度对CO转化率的影响分析；根据压强对转化率及生产成本的影响分析；
（5）列三段式，根据K求出CH₃OCH₃的浓度变化，再求出反应速率；根据

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

与平衡常数K的关系分析；
（6）依据温度对化学平衡移动的影响分析．

解答： 解：（1）碳和水反应生成一氧化碳和氢气的化学方程式为：C+H₂O

高温  .

CO+H₂，故答案为：C+H₂O

高温  .

CO+H₂；
（2）A．容器的体积不变，气体的质量守恒，所以容器中气体的密度始终不变，因此不能根据密度不变来判断平衡状态，故A错误；
B．反应到达平衡状态时正逆反应速率相等，所以v（CO）_正=v（CO₂）_逆，即是平衡状态，故B正确；
C．混合气体中c（H₂）与c（H₂O） 的关系，与初始量有关，所以不能说明达到平衡状态，故C错误；
D．该反应前后气体的总物质的量相等，所以容器内的物质的量不变，不能说明达到平衡状态，故D错误；
故答案为：B；
（3）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，通过①×2+②+③可得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），则△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol，
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ?mol^-1；
（4）CO和 H₂合成甲醇（CH₃OH）的反应为放热反应，升高温度平衡逆移，则CO转化率减小，即温度越高CO的转化率越小，由图可知，温度的关系为：
t₁＜t₂＜t₃；此压强下转化率已经很大，再增大压强转化率改变很小，而且增大压强会提高生产成本；
故答案为：t₁＜t₂＜t₃；此压强下转化率已经很大，再增大压强转化率改变很小，而且增大压强会提高生产成本；
（5）在2L密闭容器中加入3.28mol CH₃OH，则开始时甲醇的浓度为1.64mol/L，设转化的甲醇的浓度为xmol/L，
                    2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g） 
起始浓度（mol?L^-1）：1.64           0        0
  转化浓度（mol?L^-1）：x             

1

2

x      

1

2

x   
 平衡浓度（mol?L^-1）：1.64-x         

1

2

x     

1

2

x
已知此时平衡常数为400，则K=

1 2 x× 1 2 x

(1.64-x)2

=400，解得x=1.6；则c（CH₃OCH₃）=0.8mol?L^-1，所以v（CH₃OCH₃）=

0.8mol/L

10min

=0.08mol?L^-1?min^-1，
若此时再分别加入1mol CH₃OH 和2mol的H₂O（g），则c（CH₃OH）=1.64mol?L^-1-1.6mol?L^-1+0.5mol?L^-1=0.54mol?L^-1，c（H₂O）=0.8mol?L^-1+1mol?L^-1=1.8mol?L^-1，c（CH₃OCH₃）=0.8mol?L^-1，所以

c(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

1.8×0.8

0.542

=4.9＜K=400，说明未达到平衡状态，所以反应正向进行，即v_正＞v_逆
故答案为：0.08mol?L^-1?min^-1；＞；
（6）因为该反应为放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，则CO的转化率减小；
故答案为：反应放热，升高温度平衡逆移．

点评：本题考查了方程式的书写、化学平衡状态的判断、盖斯定律的应用、平衡移动原理的应用、反应速率及平衡常数的计算等，题目考查的知识点较多，题目综合性强，注意对相关原理的把握，题目难度中等．