Question

14．二甲醚（DME）是一種清潔的替代燃料，不含硫，不會形成微粒，而且與汽油相比，排放的NO₂更少，因此是優(yōu)良的柴油機替代燃料．工業(yè)上利用一步法合成二甲醚的反應(yīng)如下（復(fù)合催化劑為CuO/ZnO/Al₂O₃）：
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
（1）若反應(yīng)在恒溫、恒壓下進行，以下敘述能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是CDE．
A．CO和H₂的物質(zhì)的量濃度比是1：2  B．CO的消耗速率等于CH₃OCH₃的生成速率的2倍
C．容器中混合氣體的體積保持不變  D．容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變
E．容器中混合氣體的密度保持不變
（2）600℃時，一步法合成二甲醚過程如下：
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-38.7kJ/mol
則△H₂=-3.78kJ/mol．
（3）復(fù)合催化劑的制備方法之一是Na₂CO₃共沉淀法：制備1mol/L硝酸銅，硝酸鋅和硝酸鋁的水溶液．然后向盛有去離子水的燒杯中同時滴加混合硝酸鹽溶液和1mol/L的Na₂CO₃水溶液，70℃下攪拌混合，沉淀后過濾，洗滌沉淀物，80℃下干燥12小時，然后500℃下焙燒16小時．
請寫出上述過程中硝酸鋁與Na₂CO₃水溶液反應(yīng)的離子方程式：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）以DME為燃料，氧氣為氧化劑，在酸性電解質(zhì)溶液中用惰性電極制成燃料電池，則通入氧氣的電極是電源的正（填正、負(fù)）極，通DME的電極反應(yīng)為CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量不變，可以此判斷是否得到平衡狀態(tài)；
（2）已知：
①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
②2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
依據(jù)已知的熱化學(xué)方程式和蓋斯定律進行計算；
（3）硝酸鋁與Na₂CO₃水溶液發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳?xì)怏w；
（4）該燃料電池中，氧氣在正極得電子，負(fù)極上二甲醚失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳．

解答 解：A．CO和H₂的物質(zhì)的量濃度比與反應(yīng)物的初始量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，所以不能說明到達平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO的消耗速率與CH₃OCH₃的生成速率都屬于正速率，正速率之比等于計量數(shù)之比，不能說明到達平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．隨反應(yīng)進行混合氣體總物質(zhì)的量減少，由于壓強不變，則氣體的體積會減小，容器中混合氣體的體積保持不變，說明到達平衡狀態(tài)，故C正確；
D．氣體的總質(zhì)量保持不變，氣體總物質(zhì)的量減少，則氣體的平均摩爾質(zhì)量逐漸增大，當(dāng)容器中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變，說明到達平衡狀態(tài)，故D正確；
E．氣體的總質(zhì)量保持不變，氣體的體積減小，則密度增大，當(dāng)容器中混合氣體的密度保持不變，說明反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，故E正確；
故答案為：CDE；
（2）已知：
①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-100.46kJ/mol
②2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-204.7kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律：②-①×2得：2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-204.7kJ/mol-（-100.46kJ/mol）×2=-3.78kJ/mol；
故答案為：-3.78kJ/mol；
（3）硝酸鋁與Na₂CO₃水溶液發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳?xì)怏w，其水解的離子方程式為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）該燃料電池中，氧氣在正極得電子，則通入氧氣的電極是電源的正極，負(fù)極上二甲醚失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，則負(fù)極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺，
故答案為：正；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂↑+12H⁺．

點評 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、蓋斯定律的計算、水解反應(yīng)、電化學(xué)原理，熟悉蓋斯定律、發(fā)生的電極反應(yīng)及氧化還原反應(yīng)即可解答，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力．