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”。 由合成氣(CO、H2)制備二甲醚的反應(yīng)原理如下：

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1

②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1

回答下列問題：

（1）已知:H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol，若由合成氣(CO、H2) 制備 1molCH3OCH3(g)，且生成 H2O(1)，其熱化學(xué)方程式為___________________________________。

（2）有人模擬該制備原理：500K時，在2L的密閉容器中充入2mol CO和6molH2，5min達(dá)到平衡,平衡時測得c(H2)=1.8mo l·L-1， c(CH3OCH3)=0.2mo l·L-1，此時 CO的轉(zhuǎn)化率為__________。可逆反應(yīng)②的平衡常數(shù) K2=_____________________ _。

（3）在體積一定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，如果該反應(yīng)的平衡常數(shù) K2 值變小，下列說法正確的是________________________。

A. 平衡向正反應(yīng)方向移動 B. 平衡移動的原因是升高了溫度

C. 達(dá)到新平衡后體系的壓強不變 D. 容器中 CH3OCH3 的體積分?jǐn)?shù)減小

（4）一定條件下在恒溫恒容的密閉容器中,按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)進(jìn)行反應(yīng)①，平衡時 CO(g)和 H2(g)的轉(zhuǎn)化率如圖1所示，則a=________ (填數(shù)值)。

（5）綠色電源“二甲醚燃料電池”的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，電解質(zhì)為 熔 融 態(tài) 的 碳 酸 鹽 (如 熔 融K2CO3)，其中 CO2 會參與電極反應(yīng)。 工作時負(fù)極的電極反應(yīng)為______________ 。

（6）對于反應(yīng)CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) △H1= + 41.2kJ/mol在一個絕熱的固定容積的容器中，判斷此反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是______________。

①體系的壓強不再發(fā)生變化 ②混合氣體的密度不變 ③混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變 ④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變 ⑤體系的溫度不再發(fā)生變化 ⑥υ(CO2)正＝υ(H2O)逆

Answer 1

【答案】 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=-244.0kJ·mo l -1 60% 1 BD 2 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+ ①④⑤⑥

【解析】(1)①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1，②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1，③H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將①×2+②-③得：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=(-90.0kJ/mo l )×2+(-20.0kJ/mo l )-(+44.0kJ/mol)=-244.0kJ/mo l ，故答案為：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=-244.0kJ/mo l ；

(2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol/L) 13 0

轉(zhuǎn)化量(mol/L)0.61.2 0.6

平衡量(mol/L)0.41.8 0.6

α(CO)= ×100%=60%；

2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)

起始量(mol/L)0.6 0 0

轉(zhuǎn)化量(mol/L)0.40.2 0.2

平衡量(mol/L)0.2 0.2 0.2

k===1，故答案為：60%；1；

(3)在體積一定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，反應(yīng)②為2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1。如果該反應(yīng)的平衡常數(shù) K2 值變小，說明平衡逆向移動。A. 平衡向逆反應(yīng)方向移動，故A錯誤；B. 正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，故B正確；C. 體系的溫度升高，氣體的壓強增大，故C錯誤；D. 平衡向逆反應(yīng)方向移動，容器中 CH3OCH3 的體積分?jǐn)?shù)減小，故D正確；故選BD；

(4)一定條件下在恒溫恒容的密閉容器中,按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)進(jìn)行反應(yīng)①，①為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1。根據(jù)圖像，平衡時 CO(g)和 H2(g)的轉(zhuǎn)化率相等，H2(g)和CO(g)的投料比需要與化學(xué)方程式的化學(xué)計量數(shù)之比相等，因此a=2，故答案為：2；

(5)反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池二甲醚在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，電極反應(yīng)式為 CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案為：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(6)①由反應(yīng)可知，雖然反應(yīng)前后氣體的系數(shù)不變，但該反應(yīng)絕熱的固定容積的容器中進(jìn)行，溫度發(fā)生變化，也會影響壓強，所以體系中的壓強不發(fā)生變化，能判斷平衡，故①正確；②因體積不變，氣體的總質(zhì)量不變，所以混合氣體的密度始終不變，不發(fā)生變化，不能判斷平衡，故②錯誤；③氣體的總質(zhì)量不變，物質(zhì)的量又不變，所以混合氣體的平均摩爾質(zhì)量始終不變，即平均相對分子質(zhì)量不變，所以平均相對分子質(zhì)量不變不能判斷平衡，故③錯誤；④各組分的物質(zhì)的量濃度不再改變，由平衡的特征“定”可知，則化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故④正確；⑤體系的溫度不再發(fā)生變化，則化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故⑤正確；⑥υ(CO2)正=υ(H2O)逆，由平衡的特征“等”可知，則化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故⑥正確；故選：①④⑤⑥。