Question

11．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來(lái)可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用，工業(yè)上以CO和H₂為原料生產(chǎn)CH₃OCH₃．工業(yè)制備二甲醚在催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進(jìn)行下列反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
（1）在某溫度下，若反應(yīng)①的起始濃度分別為：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則5min內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.1mol/（L•min）；
（2）反應(yīng)②在t℃時(shí)的平衡常數(shù)為400，此溫度下，在0.5L的密閉容器中加入一定量的甲醇，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的物質(zhì)的量濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c（mol•L-1）	0.8	1.24	1.24

①此時(shí)刻v_正大于v_逆（填“大于”“小于”或“等于”）
②平衡時(shí)二甲醚的物質(zhì)的量濃度是1.6mol/L．
（3）以二甲醚、空氣、硫酸溶液為原料，以石墨為電極可直接構(gòu)成燃料電池，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；若以1.12L/min（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的速率向電池中通入二甲醚，用該電池電解500mL 2mol/LCuSO₄溶液，通電0.50min后，計(jì)算理論上可析出氧氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為1.68L．

Answer 1

分析 （1）由轉(zhuǎn)化率可計(jì)算CO的濃度的變化，可計(jì)算出反應(yīng)速率；
（2）①比較Qc與K的關(guān)系，若Qc＞K平衡左移，若Qc＜K平衡向右移若Qc=K達(dá)到平衡狀態(tài)；
②列三段表示出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，利用平衡常數(shù)表達(dá)式求解；
（3）甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；甲醚燃料電池為原電池做電源電解硫酸銅溶液，陽(yáng)極生成氧氣，結(jié)合電子的物質(zhì)的量計(jì)算．

解答 解：（1）反應(yīng)①的起始濃度分別為：c（CO）=1mol/L，c（H₂）=2.4mol/L，5min后達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則△c（CO）=1mol/L×50%=0.5mol/L，
v=$\frac{0.5mol/L}{5min}$=0.1 mol/（L•min），故答案為：0.1 mol/（L•min）；
（2）①Q(mào)c=$\frac{C（C{H}_{3}OC{H}_{3}）C（{H}_{2}O）}{C（C{H}_{3O}H）^{2}}$=$\frac{1.24×1.24}{0.8×0.8}$=2.4  
K=400 
Qc＜K，
平衡向正方向反應(yīng)V正＞V逆；
故答案為：大于；
②設(shè)生成的CH₃OCH₃ 的濃度 x
                        2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
 起始濃度（ mol/L）      0.8         1.24           1.24  
 轉(zhuǎn)化濃度（ mol/L）       2x            x            x
平衡濃度（ mol/L）     0.8-2x        1.24+x       1.24+x
K=$\frac{（1.24+x）（1.24+x）}{（0.8-2x）（0.8-2x）}$=400         
x=0.36      
c（CH₃OCH₃（g））=1.24+0.36=1.6
故答案為：1.6mol/L；
（3）若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負(fù)極失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
n（CH₃OCH₃）=1.12L/min×0.5min÷22.4L/mol=0.025mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.025mol×12=0.3mol，陽(yáng)極發(fā)生4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，可知生成氧氣的物質(zhì)的量為$\frac{0.3mol}{4}$，體積為$\frac{0.3mol}{4}$×22.4L=1.68L．
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O═2CO₂+12H⁺；1.68L．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查化學(xué)平衡的計(jì)算，原電池與電解質(zhì)知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握平衡常數(shù)的意義以及電解的原理，難度中等．