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(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。

(1)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·mol1

② 2CH3OH(g)  CH3OCH3(g) + H2O(g);ΔH= -23.5 kJ·mol1

③ CO(g) + H2O(g)  CO2(g) + H2(g);ΔH= -41.3 kJ·mol1

总反应:3H2(g) + 3CO(g)  CH3OCH3(g) + CO2 (g)的ΔH= ___________;

(2) 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·L1

0.44

0.6

0.6

① 比较此时正、逆反应速率的大小:v ______ v (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) = __________。

(3)在溶液中,反应A+2BC分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。

请回答下列问题:

与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是:

②_______________;______________________________________________;

③_______________________________________________;

该反应的_________0,判断其理由是__________________________________;

 

【答案】

(1) -246.4kJ·mol -1    (2) ①>  ②0.04 mol·L-1    0.16 mol·L-1·min-1

(3)②加催化剂;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度未变

③温度升高;达到平衡的时间缩短,平衡时A的浓度减小

﹥;升高温度向正方向移动,故该反应是吸热反应

【解析】(1)考查盖斯定律的应用。观察目标方程式可知,①×2+②+③,即得到3H2(g) + 3CO(g)  CH3OCH3(g) + CO2 (g),故H=2H1+H2+H3=-246.4kJ· mol -1

(2)此时的浓度商Q==1.86<400,反应未达到平衡状态,向正反应方向移动,故;设平衡时生成物的浓度为0.6+x,则甲醇的浓度为(0.44-2x)有:400=,解得x=0.2 mol·L-1,故0.44 mol·L-1-2x=0.04 mol·L-1

由表可知,甲醇的起始浓度度为(0.44+1.2) mol·L-1=1.64 mol·L-1,其平衡浓度为0.04 mol·L-1

10min变化的浓度为1.6 mol·L-1,故(CH3OH)=0.16 mol·L-1·min-1

(3)②使用了(正)催化剂;理由:因为从图像可看出,两者最终的平衡浓度相同,即最终的平衡状态相同,而②比①所需要的时间短,显然反应速率加快了,故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入(正)催化剂;③升高温度;理由:因为该反应是在溶液中进行的反应,所以不可能是改变压强引起速率的改变,又由于各物质起始浓度相同,故不可能是改变浓度影响反应速率,再由于③和①相比达平衡所需时间短,平衡时浓度更小,故不可能是改用催化剂,而只能是升高温度来影响反应速率的

③由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小,即A的转化率升高,平衡向正方向移动,而升温是向吸热的方向移动,所以正反应是吸热反应,﹥0。

 

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

(2010?天津)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:
C+H2O
 高温 
.
 
CO+H2
C+H2O
 高温 
.
 
CO+H2

(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:
H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3
H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3

(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
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
总反应:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)的△H=
-246.4kJ?mol-1
-246.4kJ?mol-1

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
c、e
c、e
(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
 v (填“>”、“<”或“=”).
②若加入CH3OH后,经10min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=
0.04mol?L-1
0.04mol?L-1
;该时间内反应速率v(CH3OH)=
0.16mol/(L?min)
0.16mol/(L?min)

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科目:高中化学 来源: 题型:

(2012?虹口区二模)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.工业上利用H2和CO2合成二甲醚的反应如下:6H2(g)+2CO2(g)?CH3OCH3(g)+3H2O(g)
已知该反应平衡常数(K)与温度(T)的关系如图所示.
(1)一定温度下,在一个固定体积的密闭容器中进行该反应.下列能判断反应达到化学平衡状态的是
ad
ad
(选填编号).
a.c(H2)与c(H2O)的比值保持不变    b.单位时间内有2mol H2消耗时有1mol H2O生成
c.容器中气体密度不再改变             d.容器中气体压强不再改变
(2)温度升高,该化学平衡移动后到达新的平衡,CH3OCH3的产率将
变小
变小
(填“变大”、“变小”或“不变”,下同),混合气体的平均式量将
变小
变小

(3)一定温度和压强下,往体积为20L的容器中通入一定物质的量的H2与CO2,达到平衡时,容器中含有0.1mol二甲醚.计算H2的平均反应速率:
0.03
t
mol/(L.s),t-达到平衡所需的时间(单位:s,可自定)
0.03
t
mol/(L.s),t-达到平衡所需的时间(单位:s,可自定)
(用字母表示所缺少的物理量并指明其含义).
(4)工业上为提高CO2的转化率,采取方法可以是
bc
bc
(选填编号).
a.使用高效催化剂        b.增大体系压强
c.及时除去生成的H2O     d.增加原料气中CO2的比例.

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科目:高中化学 来源: 题型:

(2012?崇明县二模)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.工业上可利用焦炭与水蒸气在高温下的反应产物(水煤气)合成二甲醚.请回答下列问题:
(1)制水煤气的主要化学反应方程式为:
C+H2O
 高温 
.
 
CO+H2
C+H2O
 高温 
.
 
CO+H2

(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:
H2S+Na2CO3→NaHS+NaHCO3
H2S+Na2CO3→NaHS+NaHCO3

(3)利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
①2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)+90.8kJ
②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)+23.5kJ
③CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)+41.3kJ
总反应:3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)+Q,其中Q=
246.4
246.4
kJ;
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
c
c
(填字母代号).
a.低温高压b.加入催化剂c.减少CO2的浓度d.增加CO的浓度
(4)已知某温度下反应②2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)在一密闭容器中进行到10min时恰好达平衡,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
比较此时正、逆反应速率数值(单位相同)的大小:v(甲醇)
v(水)(填“>”、“<”或“=”).
反应开始时c(CH3OH)=
1.64mol?L-1
1.64mol?L-1
;该时间内的平均反应速率v(CH3OH)=
0.16mol/L?min
0.16mol/L?min
;该温度下反应的平衡常数值为
1.86
1.86
.(精确到0.01)

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科目:高中化学 来源: 题型:

已知二甲醚是一种重要的清洁燃料,可以通过CH3OH分子间脱水制得:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=23.5kJ?mol-1.在T1℃,恒容密闭容器中建立上述平衡,体系中各组分浓度随时间变化如图所示.请回答下列问题:
(1)该条件下反应平衡常数表达式K=
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
c(CH3OCH3)?c(H2O)
c2(CH3OH)
.在T1℃时,该反应的平衡常数为
5
5
,达到平衡时n(CH3OH):n(CH3OCH3):n(H2O)=
2:5:4
2:5:4

(2)相同条件下,若改变起始浓度,某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)=0.4mol?L-1、c(H2O)=0.6mol?L-1、c(CH3OCH3)=1.2mol?L-1,此时正、逆反应速率的大小:v (正)
 v (逆)(填“>”、“<”或“=”),反应向
正反应方向
正反应方向
进行(填“正反应方向”或“逆反应方向”).

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

二甲醚是一种重要的清洁燃料,工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚.利用水煤气合成二甲醚的热化学方程式为:
3H2(g)+3CO(g)?CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-274kJ?mol-1
(1)该反应在一定条件下的密闭容器中达到平衡后,为同时提高反应速率和二甲醚的产率,可以采取的措施是
 
(填字母)
A.降低温度   B.加入催化剂   C.缩小容器体积    D.增加H2的浓度   E.分离出二甲醚
(2)该反应可以分两步进行:
4H2(g)+2CO(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H1 ①
CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2△H2=-42kJ?mol-1
则反应①的焓变△H1=
 
kJ?mol-1,熵变△S
 
(填“>、<或=”)0.
已知某些化学键的键能数据如下表所示:
化学键 C-H O-H H-H C-O C≡O
键能/kJ.mol-1 413 463 436 358 1072
CO中C与O之间为叁键连接,则CO2中碳氧键的键能是
 
kJ?mol-1
(3)二甲醚也可以通过CH3OH分子间脱水制得:
2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)△H3=-23.5kJ?mol-1.在T1℃,恒容密闭容器中建立上述平衡,体系中各组分浓度变化如下表:
物质 CH3OH (g) CH3OCH3 (g) H2O (g)
起始浓度/mol.l-1 2 0.2 0
平衡浓度/mol.l-1 0.4 1 0.8
①该条件下反应平衡常数K=
 

②相同条件下,若改变起始浓度.
物质 CH3OH (g) CH3OCH3 (g) H2O (g)
起始浓度/mol.l-1 0.4 1.2 0.6
此时正、逆反应速率的大小:v
 
(填“>、<或=”)v
(4)二甲醚-空气是一种高效的燃料电池,在氢氧化钾溶液中,电池反应方程式为:
CH3OCH3(l)+3O2(g)+4KOH(aq)═2K2CO3(aq)+5H2O(l)
请写出负极的电极反应式:
 

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