Question

3．二甲醚是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對(duì)臭氧層無(wú)破壞作用．工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚（CH₃OCH₃）．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：（甲醇：CH₃OH）
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
則利用水煤氣合成二甲醚的總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1．
一定條件下的密閉容器中，該總反應(yīng)達(dá)到平衡，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是ce（填字母代號(hào)）．
a．高溫高壓          b．加入催化劑        c．減少CO₂的濃度
d．增加CO的濃度    e．分離出二甲醚
（2）、已知反應(yīng)②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）某溫度下的平衡常數(shù)為400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol•L-1）	0.44	0.6	0.6

①比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正＞ v_逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH₃OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)c（CH₃OH）=0.04mol/L；該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH₃OH）=0.16 mol/（L•min）．

Answer 1

分析 （1）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
由蓋斯定律可知，①×2+②+③可得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）；
要提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)，不能只增大CO濃度，否則CO轉(zhuǎn)化率為降低；
（2）①計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v_正、v_逆 相對(duì)大��；
②若加入CH₃OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，設(shè)平衡時(shí)甲醚濃度變化量為xmol/L，甲醇的起始濃度為0.44mol/L+2×0.6mol/L=1.64mol/L，則：
               2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1.64          0           0
變化濃度（mol/L）：2x            x           x
平衡濃度（mol/L）：1.64-2x       x           x
根據(jù)平衡常數(shù)列方程計(jì)算x的值，進(jìn)而平衡時(shí)甲醇濃度，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH）．

解答 解：（1）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
由蓋斯定律可知，①×2+②+③可得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），則△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1，
故熱化學(xué)方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1，
a．正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，高壓有利于平衡正向進(jìn)行，提高CO的轉(zhuǎn)化率，但高溫有利于平衡逆向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率減小，可以采取低溫高壓，故a錯(cuò)誤；
b．加入催化劑，不影響平衡移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．減少CO₂的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率會(huì)減小，故d錯(cuò)誤；
e．分離出二甲醚，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故e正確，
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol^-1；ce；
（2）①此時(shí)濃度商Qc=$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.86＜K=200，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則v_正＞v_逆，
故答案為：＞；
②若加入CH₃OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，設(shè)平衡時(shí)甲醚濃度變化量為xmol/L，甲醇的起始濃度為0.44mol/L+2×0.6mol/L=1.64mol/L，則：
             2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1.64        0          0
變化濃度（mol/L）：2x          x          x
平衡濃度（mol/L）：1.64-2x     x          x
則$\frac{x×x}{（1.64-2x）^{2}}$=400，解得x=0.8，
故平衡時(shí)c（CH₃OH）=1.64mol/L-0.8mol/L×2=0.04mol/L，
所以甲醇的反應(yīng)速率為v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16 mol/（L•min），
故答案為：0.04mol/L； 0.16 mol/（L•min）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、熱化學(xué)方程式書寫等，注意理解根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，難度中等．