Question

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：____________________________________________________________。

(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：

①2H₂(g)＋CO(g) CH₃OH(g)ΔH＝－90.8 kJ·mol^－1

②2CH₃OH(g) CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)ΔH＝－23.5 kJ·mol^－1

③CO(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)＝________。

Answer

(1)C＋H2O(g) CO＋H2

(2)H2S＋Na2CO3=NaHS＋NaHCO3

(3)－246.4 kJ·mol－1 c、e

(4)①＞ ②0.04 mol·L－1 0.16 mol/(L·min)

【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)。