题目内容

（14分）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：

⑴ 煤的气化的主要化学反应方程式为：___________________________。

⑵ 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 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

总反应：3H2(g) + 3CO(g)CH3OCH3(g) +CO2 (g)的ΔH＝ _____ , K=      （用包含K1、 K2、 K3的式子表示）.一定条件下的等容密闭容器中，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．增加H2的浓度      f．充入He

（3）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】

(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）煤气化主要是在高温下煤和水蒸气反应合成水煤气，所以方程式为

 C+H2OCO+H2。

（2）考查盖斯定律的应用和平衡常数的计算。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。根据①×2＋②＋③可计算平衡常数为K＝K12·K2· K3。因为反应是体积减小的、放热的可逆反应，高温向逆反应方向移动，催化剂不能改变平衡状态，降低生成物浓度平衡向正反应方向移动，增加CO的浓度平衡向正反应方向移动，但后降低自身的转化率，增大氢气浓度可以提高CO的转化率，保持体积不变，充入稀有气体，平衡不移动，因此答案是ce。

（3）根据数据可计算出，小于平衡常数，因而正反应速率大逆反应速率。因为最初加入的甲醇是1.64mol·L－1，所以根据反应式可进行计算。

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                 0.5x       0.5x

平衡浓度（mol·L－1）     1.64－x               0.5x      0.5x

所以

解得x＝1.6。所以平衡时c(CH3OH)等于0.04mol·L－1。反应速率v(CH3OH) 等于0.16 mol·L-1·min-1。

 

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-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正（甲醇）
＞
＞
v逆（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）
已知二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H=23.5kJ?mol-1．在T1℃，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示．请回答下列问题：
（1）该条件下反应平衡常数表达式K=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
．在T1℃时，该反应的平衡常数为
5
5
，达到平衡时n（CH3OH）：n（CH3OCH3）：n（H2O）=
2：5：4
2：5：4
．
（2）相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c（CH3OH）=0.4mol?L-1、c（H2O）=0.6mol?L-1、c（CH3OCH3）=1.2mol?L-1，此时正、逆反应速率的大小：v （正）
＞
＞
 v （逆）（填“＞”、“＜”或“=”），反应向
正反应方向
正反应方向
进行（填“正反应方向”或“逆反应方向”）．
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正
 
（填“＞、＜或=”）v逆．
（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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