(14分)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。請(qǐng)回答下列問題:
⑴ 煤的氣化的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為:___________________________。
⑵ 利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)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
總反應(yīng):3H2(g) + 3CO(g)CH3OCH3(g) +CO2 (g)的ΔH= _____ , K= (用包含K1、 K2、 K3的式子表示).一定條件下的等容密閉容器中,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 (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.增加H2的濃度 f.充入He
(3)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。v(正) ______ v(逆) (填“>”、“<”或“=”)。
② 若加入CH3OH后,經(jīng)10 min反應(yīng)達(dá)到平衡,此時(shí)c(CH3OH) = _________,該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v(CH3OH) = __________。
(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)煤氣化主要是在高溫下煤和水蒸氣反應(yīng)合成水煤氣,所以方程式為
C+H2OCO+H2。
(2)考查蓋斯定律的應(yīng)用和平衡常數(shù)的計(jì)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。根據(jù)①×2+②+③可計(jì)算平衡常數(shù)為K=K12·K2· K3。因?yàn)榉磻?yīng)是體積減小的、放熱的可逆反應(yīng),高溫向逆反應(yīng)方向移動(dòng),催化劑不能改變平衡狀態(tài),降低生成物濃度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),增加CO的濃度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),但后降低自身的轉(zhuǎn)化率,增大氫氣濃度可以提高CO的轉(zhuǎn)化率,保持體積不變,充入稀有氣體,平衡不移動(dòng),因此答案是ce。
(3)根據(jù)數(shù)據(jù)可計(jì)算出,小于平衡常數(shù),因而正反應(yīng)速率大逆反應(yīng)速率。因?yàn)樽畛跫尤氲募状际?.64mol·L-1,所以根據(jù)反應(yīng)式可進(jìn)行計(jì)算。
2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)
起始濃度(mol·L-1) 1.64 0 0
轉(zhuǎn)化濃度(mol·L-1) x 0.5x 0.5x
平衡濃度(mol·L-1) 1.64-x 0.5x 0.5x
所以
解得x=1.6。所以平衡時(shí)c(CH3OH)等于0.04mol·L-1。反應(yīng)速率v(CH3OH) 等于0.16 mol·L-1·min-1。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
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物質(zhì) | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
濃度/(mol?L-1) | 0.44 | 0.6 | 0.6 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
0.03 |
t |
0.03 |
t |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
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物質(zhì) | CH3OH | CH3OCH3 | H2O |
濃度/(mol?L-1) | 0.44 | 0.6 | 0.6 |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
c(CH3OCH3)?c(H2O) |
c2(CH3OH) |
c(CH3OCH3)?c(H2O) |
c2(CH3OH) |
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解
化學(xué)鍵 | C-H | O-H | H-H | C-O | C≡O(shè) |
鍵能/kJ.mol-1 | 413 | 463 | 436 | 358 | 1072 |
物質(zhì) | CH3OH (g) | CH3OCH3 (g) | H2O (g) |
起始濃度/mol.l-1 | 2 | 0.2 | 0 |
平衡濃度/mol.l-1 | 0.4 | 1 | 0.8 |
物質(zhì) | CH3OH (g) | CH3OCH3 (g) | H2O (g) |
起始濃度/mol.l-1 | 0.4 | 1.2 | 0.6 |
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