Question

14．新的研究表明二甲醚（DME）是符合中國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的優(yōu)良車用替代燃料，二甲醚催化重整制氫的反應(yīng)過(guò)程，主要包括以下幾個(gè)反應(yīng)（以下數(shù)據(jù)為25℃、1.01×10⁵Pa測(cè)定）：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.52kJ/mol
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
③CO（g）+H₂O（l）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.17kJ/mol
④CH₃OH（l）?CO （g）+2H₂（g）△H=+90.1kJ/mol
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）寫出用二甲醚制H₂同時(shí)全部轉(zhuǎn)化為CO₂時(shí)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+122.52KJ/mol．
（2）200℃時(shí)反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$．
（3）在一常溫恒容的密閉容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作為該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)為A．
A．容器內(nèi)氣體密度保持不變         B．氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
C．CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變          D．CO與H₂的物質(zhì)的量之比保持1：2不變
（4）工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得不同溫度下各組分體積分?jǐn)?shù)及二甲醚轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖1，2所示，

①你認(rèn)為反應(yīng)控制的最佳溫度應(yīng)為C．
A．300～350℃B．350～400℃
C．400～450℃D．450～500℃
②在溫度達(dá)到400℃以后，二甲醚與CO₂以幾乎相同的變化趨勢(shì)明顯降低，而CO、H₂體積分?jǐn)?shù)也以幾乎相同的變化趨勢(shì)升高，分析可能的原因是（用相應(yīng)的化學(xué)方程式表示）可能發(fā)生另一種制氫反應(yīng)為CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO．
（5）某一體積固定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)②，200℃時(shí)達(dá)平衡；請(qǐng)?jiān)趫D4補(bǔ)充畫出：t₁時(shí)刻升溫，在t₁與t₂之間某時(shí)刻達(dá)到平衡；t₂時(shí)刻添加催化劑，CO₂的百分含量隨時(shí)間變化圖象．
（6）一定條件下，如圖3示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫（忽略其它有機(jī)物），則陰極的電極反應(yīng)式為．

Answer 1

分析 （1）①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.5kJ/mol 
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
由蓋斯定律可知，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g），以此計(jì)算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式；
（2）平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積與反應(yīng)物濃度的冪次方之積的比；
（3）當(dāng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，根據(jù)密度和平均相對(duì)分子質(zhì)量的公式進(jìn)行分析解答該題；
（4）①由圖可知在400-450℃時(shí)，二甲醚的濃度最小，轉(zhuǎn)化率最大；
②溫度超過(guò)400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說(shuō)明二甲醚與二氧化碳以1：1反應(yīng)，生成CO與氫氣的比例相同，則反應(yīng)的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO；
（5）t₁時(shí)升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的百分含量增加，據(jù)此畫圖；
（6）由圖可知，左側(cè)苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷，則左側(cè)為陰極，陰極上苯得到電子．

解答 解：（1）①CH₃OCH₃（g）+H₂O（l）?2CH₃OH（l）△H=+24.5kJ/mol 
②CH₃OH（l）+H₂O（l）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.01kJ/mol
由蓋斯定律可知，①+②×2得：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+24.5kJ/mol+49.01kJ/mol×2=+122.52KJ/mol，則熱化學(xué)方程式為CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+122.52KJ/mol，
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（l）?2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+122.52KJ/mol；
（2）③200℃時(shí)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.17kJ/mol，平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$，故答案為：$\frac{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}{c（CO）c（{H}_{2}O）}$；
（3）A．在恒容容器中，體積不變，由CH₃OH（l）?CO（g）+2H₂（g）反應(yīng)可得反應(yīng)前后氣體質(zhì)量在變，所以密度保持不變，證明達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故A正確；
B．由于甲醇為液體，氣體的組成一直不變，CO與氫氣的物質(zhì)的量之比一直是1：2，則平均相對(duì)分子質(zhì)量一直不變，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變不能證明達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C．由于甲醇為液體，氣體的組成一直不變，CO與氫氣的物質(zhì)的量之比一直是1：2，所以CO的體積分?jǐn)?shù)一直不變，所以CO的體積分?jǐn)?shù)保持不變，不能證明達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．由于甲醇為液體，氣體的組成一直不變，CO與氫氣的物質(zhì)的量之比一直是1：2，所以不能證明達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤．
故答案為：A；
（4）①由圖可知在400-450℃時(shí)，二甲醚的濃度最小，轉(zhuǎn)化率最大，故答案為：C；
②溫度超過(guò)400℃，二甲醚與二氧化碳相同的比例降低，CO與氫氣相同的比例升高，說(shuō)明二甲醚與二氧化碳以1：1反應(yīng)，生成CO與氫氣的比例相同，則反應(yīng)的方程式為：CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO，
故答案為：可能發(fā)生另一種制氫反應(yīng)為CH₃OCH₃+CO₂?3H₂+3CO；
（5）t₁時(shí)升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO₂的百分含量增加，圖象為，
故答案為：；
（6）由圖可知，左側(cè)苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷，則左側(cè)為陰極，陰極上苯得到電子，則陰極反應(yīng)式為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)的判斷、圖表信息的提取與應(yīng)用及電極反應(yīng)等，綜合性強(qiáng)，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度中等．