Question

18．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：
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
（1）总合成反应的热化学方程式为3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol．
（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CE（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）已知反应②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某温度下的平衡常数K=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表格：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol•L-1	0.44	0.60	0.60

此时，v_（正）＞ v_（逆） 填“＞”、“＜”或“=”）；达到平衡后，CH₃OCH₃的物质的量浓度是0.80mol/L．

Answer 1

分析 （1）通过①×2+②+③得方程式：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），依据盖斯定律计算反应热，书写热化学方程式；
（2）提高转化率，需使平衡向正向移动，利用勒夏特列原理结合平衡移动原理分析解答；
（3）利用K与Qc的相对大小判断反应进行的方向，判断正逆反应速率大小；用三段式计算平衡时各物质的浓度．

解答 解：（1）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
由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得所求反应方程式，则△H=-90.8kJ•mol^-1×2-23.5kJ•mol^-1-41.3kJ•mol^-1=-246.4kJ•mol^-1；
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ•mol；
（2）A．升高温度平衡向逆反应方向移动，转化率减小，故A错误；　
B．催化剂不影响平衡移动，但不能提高CO的转化率，故B错误；　
C．减少CO₂的浓度，平衡正向移动，CO的转化率提高，故C正确；
D．增加CO的浓度，反应速率增大，平衡向正反应移动，但CO的转化率减小，故D错误；
e．分离出二甲醚，平衡向正反应反应移动，但反应速率减慢，故e错误；
故选CE；
此时的Qc=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.6×0.6}{0.44{\;}^{2}}$=1.86＜K=400，故未达到平衡，反应向正向进行，v（正）＞v（逆）；
将上表中的浓度可知，CH₃OH的起始浓度为0.44+0.6×2=1.64，设CH₃OCH₃的浓度增大了x，则有
                      2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始（mol/L） 1.64                     0                0
转化（mol/L）   2x                      x                x
平衡（mol/L）1.64-2x                   x                x
K═$\frac{c（C{O}_{2}）×c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{{x}^{2}}{（1.64-2x）{\;}^{2}}$=400，解得x=0.80mol/L，
故答案为：＞；0.80mol/L．

点评 本题考查了反应热的计算，化学平衡理论及有关化学平衡常数的计算，明确盖斯定律计算反应热的方法，熟悉化学平衡理论是解题关键，注意平衡常数随温度变化，题目难度中等．