Question

10．能源是人類生存與發(fā)展比不可缺的，甲醇、甲醚（CH₃OCH₃）均是“清潔能源”，工業(yè)上可以通過多種方法合成它們．
（1）以CO、H₂為原料合成甲醚的過程中，在反應器中發(fā)生了下列反應：
a．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ•mol^-1
b．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H2O（g）△H=-23KJ•mol^-1
c．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ•mol^-1
①選取適當?shù)拇呋瘎�，在一定壓強下，向某恒容密閉容器中通入H₂和CO制備甲醚，測得的有關數(shù)據(jù)如圖1所示．則制備甲醚時較適宜的生產(chǎn)溫度范圍是550K〜560K，通過理論分析得知反應c的存在能提高甲醚的產(chǎn)率，原因是反應c消耗了反應b中生成的水，有利于反應b向右進行．

②3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H，則△H=-244kJ•mol^-1．
（2）用下列反應也可得到甲醚：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H2O（g）．已知TK時，該反應的化學平衡常數(shù)K=1．則在相同溫度下，當一恒容密閉容器中c（CO₂）=2.0×10^-2mol•L^-1、c（H₂）=1.0×10^-2mol•L^-1、c（CH₃OCH₃）=1.0×10^-4mol•L^-1、c（H₂O）=2.0×10^-4mol•L^-1時，v_正＜ v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）控制適當?shù)臈l件，CO₂與H₂也可轉(zhuǎn)化為甲醇：CO₂（g）+H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．將CO₂、H₂按物質(zhì)的量比為1：3的比例加入到恒容密閉容器中反應．測得容器中n（CH₃OH）在不同溫度下隨著時間的變化情況如圖2所示．
①該反應的△H＜    0（填“＞”、“=”、“＜”，下同）
②若溫度T₁對應的化學平衡常數(shù)K₁=10，則溫度T₂對應的化學平衡常數(shù)K₂＜ 10．
③下列數(shù)據(jù)能說明該反應一定處于平衡狀態(tài)的是D （填選項字母）．
A．氣體密度保持不變                            B．n（H₂）=0.3mol
C．CO₂、H₂的消耗速率比為1：3              D．氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
（4）圖3為某綠色燃料電池的工作原理示意圖，寫出電池工作時負極上的電極反應式：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）①圖象中一氧化碳轉(zhuǎn)化率最大是制備甲醚時較適宜的生產(chǎn)溫度；反應c的存在能提高甲醚的產(chǎn)率是反應c消耗水促進反應b正向進行增大甲醚產(chǎn)量；
②依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的焓變；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）．計算此時濃度商Qc=$\frac{（1.0×1{0}^{-4}）×（2.0×1{0}^{-4}）^{3}}{（2.0{×}^{-2}）^{2}（1.0×1{0}^{-2}）^{6}}$和平衡常數(shù)比較判斷進行方向；
（3）①先拐先平溫度高，T₂＞T₁，溫度越高甲醇物質(zhì)的量減小，平衡逆向進行，逆反應為吸熱反應；
②反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減�。�
③根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（4）裝置圖分析可知負極是甲醚在酸性溶液中失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳，結(jié)合電荷守恒書寫電極反應；

解答 （1）①圖象中一氧化碳轉(zhuǎn)化率最大是制備甲醚時較適宜的生產(chǎn)溫度，在550 K〜560 K時一氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲醚產(chǎn)率最大，b．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H2O（g）△H=-23KJ•mol^-1，c．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ•mol^-1，反應c消耗水促進反應b正向進行增大甲醚產(chǎn)量，
故答案為：550 K〜560 K；反應c消耗了反應b中生成的水，有利于反應b向右進行；
 ②a．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90KJ•mol^-1
b．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H2O（g）△H=-23KJ•mol^-1
c．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ•mol^-1
蓋斯定律計算a×2+b+c得到熱化學方程式：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-244 kJ•mol^-1 ，
故答案為：-244 kJ•mol^-1；
（2）2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）．計算此時濃度商Qc=$\frac{（1.0×1{0}^{-4}）×（2.0×1{0}^{-4}）^{3}}{（2.0{×}^{-2}）^{2}（1.0×1{0}^{-2}）^{6}}$=2＞K=1，平衡逆向進行，v_正＜v_逆 ，
故答案為：＜；
（3）①先拐先平溫度高，T₂＞T₁，溫度越高甲醇物質(zhì)的量減小，平衡逆向進行，逆反應為吸熱反應，正反應為放熱反應，△H＜0，
故答案為：＜；
②若溫度T₁對應的化學平衡常數(shù)K₁=10，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，則溫度T₂對應的化學平衡常數(shù)K₂ ＜10，
故答案為：＜；，
③A．反應前后氣體質(zhì)量和體積不變，氣體密度始終保持不變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；                          
 B．n（H₂）=0.3mol，不能證明正逆反應速率相同，故B錯誤；
C．反應速率之比等于化學反應速率之比為正反應速率之比，CO₂、H₂的消耗速率比為1：3，證明反應正向進行，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；            
D．反應前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量變化，氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（4）裝置圖分析可知負極是甲醚在酸性溶液中失電子發(fā)生氧化反應生成二氧化碳，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，負極電極反應為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；
故答案為：CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、化學平衡影響因素、圖象的理解應用、平衡常數(shù)計算、原電池原理等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．