Question

2．能源是制約國家發(fā)展進程的因素之一．甲醇、二甲醚等被稱為2 1世紀的綠色能源，工業(yè)上利用天然氣為主要原料與二氧化碳、水蒸氣在一定條件下制備合成氣（CO、H₂），再制成甲醇、二甲醚．
（1）工業(yè)上，可以分離合成氣中的氫氣，用于合成氨，常用醋酸二氨合亞銅[Cu（NH₃）₂]AC溶液（AC=CH₃COO^-）來吸收合成氣中的一氧化碳，其反應原理為：
[Cu（NH₃）₂]AC（aq）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₂]AC•CO（aq）△H＜0
常壓下，將吸收一氧化碳的溶液處理重新獲得[Cu（NH₃）₂]AC溶液的措施是加熱；
（2）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應a：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ•mol^-1
反應b：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-91.8kJ•mol^-1
①對于反應a，某溫度下，將4.0mol CO₂（g）和12.0mol H₂（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，測得甲醇蒸氣的體積分數為30%，則該溫度下反應的平衡常數為1.33；
②對于反應b，某科研人員為研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始組成比n（H₂）：n（CO），在l L恒容密閉容器中通入H₂與CO的混合氣（CO的投入量均為1mol），分別在230°C、250°C和270°C進行實驗，測得結果如下圖，則230℃時的實驗結果所對應的曲線是X（填字母）；理由是當投入H₂的物質的量相等時，從X到Z，CO的轉化率在減小，說明反應逆向移動，而逆反應是吸熱反應，需升高溫度才能實現(xiàn)，故230°C為X．

（3）CO可以合成二甲醚，二甲醚可以作為燃料電池的原料，化學反應原理為：
CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
①在恒容密閉容器里按體積比為1：4充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)．當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是B、D；
A．逆反應速率先增大后減小 C．反應物的體積百分含量減小
B．正反應速率先增大后減小D．化學平衡常數K值增大
②寫出二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
③己知參與電極反應的電極材料單位質量放出電能的大小稱為該電池的比能量．關于二甲醚堿性燃料電池與乙醇堿性燃料電池，下列說法正確的是C（填字母）
A．兩種燃料互為同分異構體，分子式和摩爾質量相同，比能量相同
B．兩種燃料所含共價鍵數目相同，斷鍵時所需能量相同，比能量相同
C．兩種燃料所含共價鍵類型不同，斷鍵時所需能量不同，比能量不同
（4）已知lg二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為31.63kJ，請寫出表示二甲醚燃燒熱的熱化學方程式CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1454.98kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據反應[Cu（NH₃）₂]AC（aq）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]AC•CO（aq）△H＜0為放熱反應及溫度對化學平衡的影響進行解答；
（2）①設出達到平衡時甲醇的物質的量，然后根據達到平衡時甲醇的百分含量計算出達到平衡時各組分的物質的量及濃度，最后帶人K=$\frac{[C{H}_{3}OH][{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$計算出該溫度下該反應的平衡常數；
②合成甲醇是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CO的轉化率減小，則230℃時的實驗結果所對應的曲線是X；
（3）①根據影響化學平衡的因素進行判斷滿足“平衡一定向正反應方向移動”的選項；
②原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在堿性條件下失去電子生成碳酸根離子和水，據此寫出電極反應；
③根據乙醇和二甲醚中結構簡式不同，發(fā)生反應時斷裂的化學鍵不同，反應放出的能量不會相同，據此進行判斷；
（4）根據lg二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為31.63kJ計算出1mol二甲醚完全燃燒放出的熱量，然后根據熱化學方程式的書寫方法寫出二甲醚燃燒熱的熱化學方程式．

解答 解：（1）[Cu（NH₃）₂]AC（aq）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]AC•CO（aq）△H＜0，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向著逆向移動，可以將吸收一氧化碳的溶液處理重新獲得[Cu（NH₃）₂]AC，
故答案為：加熱；
（2）①按反應a充分反應達到平衡后，設n（CH₃OH）=xmol，則：
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）（g）
起始量（mol）     4       12         0       0
變化量（mol）     x        3x         x      x
平衡量（mol）    4-x      12-3x       x      x
達到平衡時甲醇的含量為：$\frac{x}{4-x+12-3x+x+x}$×100%=30%，
解得：x=3，達到平衡時各組分的濃度為：c（CO₂）=$\frac{4-3}{2}$mol/L=0.5mol/L，c（H₂）=$\frac{12-9}{2}$mol/L=1.5mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=$\frac{3mol}{2L}$=1.5mol/L，
則該溫度下反應的平衡常數為：K=$\frac{[C{H}_{3}OH][{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{1.5×1.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{3}$≈1.33，
故答案為：1.33；
 ②工業(yè)上用反應④低壓合成甲醇，在230℃～270℃最為有利．為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃進行實驗，結果如圖．合成甲醇是放熱反應，溫度越低轉化率越大，結合圖象可知，當投入H₂的物質的量相等時，從X到Z，CO的轉化率在減小，說明反應逆向移動，而逆反應是吸熱反應，需升高溫度才能實現(xiàn)，230℃的實驗結果所對應的曲線是X，
故答案為：X，當投入H₂的物質的量相等時，從X到Z，CO的轉化率在減小，說明反應逆向移動，而逆反應是吸熱反應，需升高溫度才能實現(xiàn)，故230°C為X；
（3）①A．逆反應速率先增大后減小，可以升高溫度，正逆反應速率都增大，平衡向著逆向移動，滿足了逆反應速率先增大后逐漸減小，故A錯誤；
B．正反應速率先增大后減小，說明是增大了壓強或增加反應物濃度，無論改變說明條件，平衡一定向著正向移動，故B正確；
C．反應物的體積百分含量減小，如減少反應物濃度，平衡會向著逆向移動，故C錯誤；
D．化學平衡常數K值增大，說明生成物的濃度增大，反應物的濃度減小，平衡一定向著正向移動，故D正確；
故答案為：BD；
②二甲醚在堿性燃料電池的負極失去電子生成碳酸根離子和水，電極反應為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
③化學反應實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成，放出的能量與舊鍵斷裂吸收的能量和新鍵的生成放出的能量有關，而二甲醚和乙醇分子中化學鍵類型不同，所以反應過程中放出的能量不同，所以C正確，
故答案為：C；
（4）1mol二甲醚的質量為46g，46g二甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量為：31.63kJ×46g=1454.98 kJ，所以二甲醚燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1454.98 kJ/mol，
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1454.98 kJ/mol．

點評 本題考查了化學平衡的調控作用、化學平衡的影響因素、原電池工作原理及電極反應的書寫、化學平衡常數的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷等知識，題目難度較大，考查的知識點較大，充分考查了學生對化學平衡、原電池工作原理等知識的掌握情況，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力．