Question

（13分）工业上可利用煤的气化产物（CO和H₂）合成二甲醚（CH₃OCH₃）同时生成二氧化碳，其三步反应如下：

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

（1）总合成反应的热化学方程式为                                 。

（2）一定条件下的密闭容器中，上述总反应达到平衡时，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

（3）反应②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)在四种不同条件下进行（反应器均为相同的恒容密闭容器，CH₃OCH₃、H₂O起始浓度为0），CH₃OH(g)的浓度（mol/L）随反应时间（min）的变化情况如下表：

实验 序号	温度 浓度 时间	0	10	20	30	40	50	60
1	800℃	1.0	0.80	0.67	0.57	0.50	0.50	0.50
2	800℃	c2	0.60	0.50	0.50	0.50	0.50	0.50
3	800℃	c3	0.92	0.75	0.63	0.60	0.60	0.60
4	820℃	1.0	0.40	0.25	0.20	0.20	0.20	0.20

根据上述数据，完成下列填空：

①实验1，反应在10至20分钟时间内用CH₃OH(g)表示的平均速率为        。

②实验2，CH₃OH(g)的初始浓度c₂＝      mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是                   。

③设实验3的反应速率为v₃，实验1的反应速率为v₁，则v₃   v₁（填＞、＝、＜），且c₃＝     mol/L。

Answer

（13分）

（1）3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2 (g) ΔH＝－246.4 kJ·mol-1（2分）

（2） C E （2分）

（3）①0.013mol/(L·min) （2分）

②1.0（2分），催化剂（1分）

③＞（2分），1.2 mol/L（2分）

【解析】

试题分析：（1）总合成反应的化学方程式为3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2 (g)，根据盖斯定律得总反应=①×2+②+③，所以总反应的热化学方程式为3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2 (g) ΔH＝－246.4 kJ·mol-1；

（2）A、温度升高，平衡逆向移动，CO的转化率降低，错误；B、加入催化剂对平衡无影响，CO的转化率不变，错误；C、减少二氧化碳的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，正确；D、增加CO的浓度，虽然平衡正向移动，但是CO的转化率降低，错误；E、分离出二甲醚，生成物浓度减小，平衡正向移动，CO的转化率升高，正确，答案选CE；

（3）①实验1，反应在10至20分钟时间内用CH3OH(g)的浓度减少0.80-0.67=0.13mol/L，所以用甲醇表示的平均速率为0.13mol/L/10min=0.013 mol/(L·min)；

②实验2与实验1的温度相同，达到的平衡状态相同，但不同的是达到平衡的时间短，所以实验2中的加成的起始浓度与实验1相同，都是1.0mol/L，实验2的反应速率快，但平衡未改变，所以隐含的条件是实验2使用了催化剂；

③根据表中数据可知实验3平衡时CH3OH(g)浓度大于实验1，则实验3的甲醇的起始浓度大于实验1，反应物浓度增大，反应速率加快，所以v3>v1；2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)是反应前后气体物质的量不变的可逆反应，所以恒温恒容条件下达到的平衡是等效平衡，实验3中甲醇平衡浓度是实验1的0.6/0.5=1.2倍，则起始浓度也是实验1的1.2倍，所以c3＝1.2mol/L。

考点：考查化学平衡理论的应用，平衡的计算，等效平衡的判断，盖斯定律的应用