Question

【題目】二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃，與石油液化氣(LPG)相似，被譽為“21世紀(jì)的清潔燃料”。制備原理如下：

Ⅰ.由天然氣催化制備二甲醚：

①2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H1

Ⅱ.由合成氣制備二甲醚：

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90.7kJ·mol-1

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3

回答下列問題：

（1）若甲烷和二甲醚的燃燒熱分別是890.3kJ·mol-1、1453.0 kJ·mol-1；1mol液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水要吸收44.0kJ的熱量。反應(yīng)③中的相關(guān)的化學(xué)健鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	H-O(水)	H-O(醇)	C-H
E/(kJ mol-1)	436	343	465	453	413

則△H1=_________kJ·mol-1 △H3=_________ kJ·mol-1

（2）反應(yīng)③的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為______________。制備原理Ⅰ中，在恒溫、恒容的密閉容器中合成，將氣體按n(CH4)：n(O2)=2：1混合，能正確反映反應(yīng)①中CH4的體積分數(shù)隨溫度變化的曲線是_________________。下列能表明反應(yīng)①達到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______________。

a.混合氣體的密度不變

b.反應(yīng)容器中二甲醚的百分含量不變

c.反應(yīng)物的反應(yīng)速率與生成物的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比

d.混合氣體的壓強不變

（3）有人模擬制備原理Ⅱ，在500K時的2L的密閉容器中充入2molCO和6molH2，8min達到平衡，平衡使CO的轉(zhuǎn)化率為80%，c(CH3OCH3)=0.3mol·L-1，用H2表示反應(yīng)②的速率是__________；可逆反應(yīng)③的平衡常數(shù)K3=_________。若在500K時，測得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3)，此時反應(yīng)③v(正)___v(逆)，說明原因____________________。

Answer 1

【答案】 -283.6kJmol-1 -24kJ·mol-1 M bd 0.2mol/(Lmin) 2.25 > 濃度商Q===1<2.25，反應(yīng)正向進行，v(正)> v(逆)

【解析】（1）若甲烷和二甲醚的燃燒熱分別是890.3kJ·mol-1、1453.0 kJ·mol-1；得到甲烷、二甲醚的燃燒熱化學(xué)方程式分別為：④CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) △H4=-890.3kJ·mol-1

⑤CH3OCH3(g)+3O2(g) 2CO2(g)+3H2O(l) △H5=-1453.0kJ·mol-1

故④×2-⑤=①得到：2CH4(g)+O2(g)CH3OCH3(g)+H2O(l)，且1mol液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水要吸收44.0kJ的熱量，故則△H1=（-890.3×2+1453+44.0） kJ·mol-1=-283.6kJmol-1，根據(jù)所給鍵能，③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) 反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=反應(yīng)熱 故△H3=-24kJ·mol-1；

（2）反應(yīng)③的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K= ，反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，故溫度升高，平衡逆向移動，CH4的體積分數(shù)隨溫度升高而升高，故能正確反映反應(yīng)①中CH4的體積分數(shù)隨溫度變化的曲線是M；制備原理Ⅰ中，由于是在恒溫、恒容的密閉容器中合成，且反應(yīng)①各物質(zhì)均是氣態(tài)，a、混合氣體的密度一直不變，不能說明達到平衡狀態(tài)；b、當(dāng)反應(yīng)容器中二甲醚的百分含量不變時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b正確；c、反應(yīng)物的反應(yīng)速率與生成物的反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比在仍何時候都成立，故c錯誤；d、該裝置是恒容容器，混合氣體的壓強不變，說明氣體總物質(zhì)的量不變，且該反應(yīng)前后氣體分子總數(shù)不等，故d正確；故選bd；

（3）Ⅱ.由合成氣制備二甲醚：

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始時（mol/L） 1 3 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.8 1.6 0.8

平衡時（mol/L） 0.2 1.4 0.8

③2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始時（mol/L） 0.8 0 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.6 0.3 0.3

平衡時（mol/L） 0.2 0.3 0.3

H2表示反應(yīng)②的速率是c（H2）==0.2mol/（L·min）；

可逆反應(yīng)③的平衡常數(shù)K3===2.25；

若在500K時，測得容器中n(CH3OH)=n(CH3OCH3)，則說明c(CH3OH)=c(CH3OCH3)c（H2），則此時Q===1<2.25，故反應(yīng)正向進行，v(正)> v(逆)。