问题 填空题

(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·mol1K1

② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g);ΔH=-23.5 kJ·mol1K2

③ CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g);ΔH=-41.3 kJ·mol1K3

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CH3OHCH3OCH3H2O
浓度/(mol·L10.440.60.6
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 -1K12·K2· K3 ;c、e

(3)  ①> ②0.04 mol·L-1 ;0.16 mol·L-1·min-1(每格2分)

(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·mol1=-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·L1,所以根据反应式可进行计算。

2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H2O(g)

起始浓度(mol·L1)       1.64                0         0

转化浓度(mol·L1)        x                 0.5x       0.5x

平衡浓度(mol·L1)     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·L1。反应速率v(CH3OH) 等于0.16 mol·L-1·min-1

单项选择题
单项选择题 A型题