Question

二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最有潛力的燃料（已知：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455KJ/mol）．同時(shí)它也可以作為制冷劑而替代氟氯代烴．工業(yè)上制備二甲醚的主要方法經(jīng)歷了三個(gè)階段：
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇?xì)怏w在催化作用下直接脫水制二甲醚；
2CH₃OH

催化劑

CH₃OCH₃+H₂O
②合成氣CO與H₂直合成二甲醚：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備二甲醚．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇工業(yè)流程如下：

（1）寫出CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反應(yīng)生成CO₂（g）和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）①方法中用甲醇液體與濃硫酸作用直接脫水制二甲醚，盡管產(chǎn)率高，但是逐步被淘汰的主要原因是

 

．
（3）在反應(yīng)室2中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）在密閉容器中達(dá)到平衡后，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

．
A．低溫高壓    B．加催化劑      C．增加CO濃度      D．分離出二甲醚
（4）在反應(yīng)室3中，在一定溫度和壓強(qiáng)條件下發(fā)生了反應(yīng)：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，改變溫度（T）和壓強(qiáng)（P），反應(yīng)混合物CH₃OH“物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)”變化情況如圖甲，關(guān)于溫度（T）和壓強(qiáng)（P）的關(guān)系判斷正確的是

 

．（填序號(hào)）
A．P₃＞P₂  T₃＞T₂     B．P₂＞P₄  T₄＞T₂ C．P₁＞P₃  T₁＞T₃ D．P₁＞P₄  T₂＞T₃
（5）反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0；寫出平衡常數(shù)的表達(dá)式：

 

．如果溫度降低，該反應(yīng)的平衡常數(shù)

 

．（填“不變”、“變大”、“變小”）
（6）將CH₄設(shè)計(jì)成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖乙（A、B為多孔性碳棒）．持續(xù)通入甲烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積V L．
①0＜V≤44.8L時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為

 

；
②44.8L＜V≤89.6L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法結(jié)合蓋斯定律來計(jì)算并書寫即可；
（2）根據(jù)濃硫酸的腐蝕性結(jié)合化工生產(chǎn)實(shí)際來回答判斷；
（3）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施即使得化學(xué)平衡正向移動(dòng)即可；
（4）根據(jù)溫度和壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響來回答判斷即可；
（5）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K=

各生成物平衡濃度系數(shù)次冪之積

各反應(yīng)物平衡濃度 系數(shù)次冪之積

來書寫，并根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響來回答；
（6）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)．

解答： 解：（1）已知
①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455KJ/mol
②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，
據(jù)蓋斯定律，（①+②）÷3得到，CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（1）△H=-567.3kJ/mol．
故答案為：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（1）△H=-567.3kJ/mol；
（2）濃硫酸具有強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，且會(huì)伴隨反應(yīng)產(chǎn)物二氧化硫的產(chǎn)生，環(huán)境污染嚴(yán)重，并且操作條件惡劣．
故答案為：濃硫酸對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，環(huán)境污染嚴(yán)重，操作條件惡劣；
（3）A．低溫高壓均能使得化學(xué)平衡正向移動(dòng)，可以提高CO的轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B．加催化劑，不會(huì)改變轉(zhuǎn)化率，故B錯(cuò)誤；
C．增加CO濃度，會(huì)使其轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．分離出二甲醚，能使得化學(xué)平衡正向移動(dòng)，可以提高CO的轉(zhuǎn)化率，故D正確．
故選AD；
（4）對(duì)于反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，壓強(qiáng)越大，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)則越大，溫度越高，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃．
故答案為：CD；
（5）反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=

c(CO)×c3(H2)

c(CH4)×c(H2O)

，該反應(yīng)是吸熱的，所以如果溫度降低，化學(xué)平衡常數(shù)減小．
故答案為：變�。�
（6）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當(dāng)0＜V≤44.8 L時(shí)，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O．
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算焓變、熱化學(xué)方程式的書寫、影響化學(xué)平衡的因素、燃料電池等重要考點(diǎn)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．