Question

20．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作做冷劑等，對臭氧層無破壞作用．工業(yè)上以水煤氣（CO、H₂）為原料生產二甲醚CH₃OCH₃的新工藝主要發(fā)生三個反應：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ．mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH（g）+H₂O （g）△H=-24.5kJ．mol^-1②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ．mol^-1③
回答下列問題：
（1）新工藝的總反應3H₂+3CO?CH₃OCH₃+CO₂的熱化學方程式為3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol．
（2）已知一些共價鍵的鍵能如下：

化學鍵	H-H	C-H	C-O	O-H
鍵能（kJ．mol-1	436	414	326	464

運用反應①計算一氧化碳中碳氧共價鍵的鍵能1070kJ•mol^-1．
（3）在250℃恒容密閉容器中，下列事實可以說明反應③已達平衡的是（填選項字母）BC．
A．容器內氣體密度保持不變    
B．CO與CO₂的物質的量之比保持不變
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1   
 D．該反應的平衡常數保持不變
（4）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應10min后，達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，計算此溫度下的平衡常數K=2.042．
（5）綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”的工作原理如圖所示．
①氧氣應從C處通入，電極Y為正極，發(fā)生的電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②二甲醚（CH₃）₂O應從b處加入，電極X上發(fā)生的電極反應式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③電池在放電過程中，電極X周圍溶液的pH減小 （填“增大”“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）根據蓋斯定律可寫出熱化學方程式；
（2）反應2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應物 鍵能和-生成物鍵能和；
（3）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變，據此分析；
（4）化學平衡常數為生成物濃度系數次冪的乘積與反應物濃度系數次冪乘積的比值；
（5）根據氫離子移動方向知，Y為原電池正極，X為負極，則c處通入的氣體是氧氣，根據d處生成物知，正極上發(fā)生的反應為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，電解質溶液為酸性溶液，b處通入的物質是二甲醚，X電極反應式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，則a處出來的物質是二氧化碳，據此分析解答．

解答 解：（1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ．mol^-1 ①
2CH₃OH（g）?CH₃OCH（g）+H₂O （g）△H=-24.5kJ．mol^-1②
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1kJ．mol^-1③
由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得所求反應方程式，則△H=-90.0kJ/mol×2-24.5kJ/mol-41.1kJ/mol=-245.6kJ/mol，所以熱反應方程式為：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol，
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-245.6kJ/mol；
（2）反應2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.0kJ•mol^-1 的 焓變=反應物鍵能和-生成物鍵能和，2×436+Q（CO）-3×414-326-464=-90.0，Q（CO）=1070，
故答案為：1070；
（3）反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）前后氣體體積不變，
A．恒容容器中，混合氣體的密度始終不變，所以容器內氣體密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO與CO₂的物質的量之比保持不變，說明反應物和生成物濃度不變，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．H₂O與CO₂的生成速率之比為1：1，說明正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．化學平衡常數只受溫度影響，溫度不變其不變，所以該反應的平衡常數保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC；
（4）某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則：
                CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始濃度（mol）：1      3           0
變化濃度（mol）：0.8    1.6        0.8
平衡濃度（mol）：0.2    1.4        0.8
平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{C}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.042，
故答案為：2.042；
（5）①c處通入的氣體是氧氣，根據d處生成物知，正極上發(fā)生的反應為O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，故答案為：正；O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
②b處通入的物質是二甲醚，X電極反應式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，故答案為：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③電池在放電過程中，電極X發(fā)生的電極反應為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，X電極周圍溶液的pH減小，故答案為：減小．

點評 本題考查較為綜合，側重考查反應熱的計算、化學平衡常數計算、化學電源新型電池等知識，注意平衡常數及單位與方程式中化學計量數有關，（5）根據氫離子移動方向確定正負極，再根據d處生成物確定電解質溶液酸堿性，難點是電極反應式書寫，題目難度中等．