Question

（2013?無錫一模）天然氣、煤炭氣（CO、H₂）的研究在世界上相當(dāng)普遍．其中天然氣和二氧化碳可合成二甲醚，二甲醚與水蒸氣制氫氣作為燃料電池的氫能源，比其他制氫技術(shù)更有優(yōu)勢．主要反應(yīng)為：
①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?2CH₃OH（g）；△H=37kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?3H₂（g）+CO₂（g）；△H=49kJ?mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）；△H=41.3kJ?mol^-1
其中反應(yīng)③是主要的副反應(yīng)，產(chǎn)生的CO對燃料電池Pt電極有不利影響．
請回答下列問題：
（1）二甲醚可以通過天然氣和CO2合成制得，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

3CH₄+CO₂-→2CH₃OCH₃

．
（2）CH₃OCH₃（g）與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式為

CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?6H₂（g）+2CO₂（g）△H=135 kJ?mol^-1

．
（3）下列采取的措施和解釋正確的是

ABD

（填字母）．
A．反應(yīng)過程在低溫進(jìn)行，可減少CO的產(chǎn)生
B．增加進(jìn)水量，有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化，并減少CO的產(chǎn)生
C．選擇在高溫具有較高活性的催化劑，有助于提高反應(yīng)②CH₃OH的轉(zhuǎn)化率
D．體系壓強(qiáng)升高，雖然對制取氫氣不利，但能減少CO的產(chǎn)生
（4）煤炭氣在一定條件下可合成燃料電池的另一種重要原料甲醇，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H＜0．現(xiàn)將10mol CO與20mol H₂置于密閉容器中，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示．
①自反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時(shí)間tA

大于

tB（填“大于”“小于”或“等于”）．
②A、C兩點(diǎn)的平衡常數(shù)KA

大于

KC（填“大于”“小于”或“等于”）．
（5）某工作溫度為650℃的熔融鹽燃料電池，是以鎳合金為電極材料，負(fù)極通入煤炭氣（CO、H₂），正極通入空氣與CO₂的混合氣體，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作電解質(zhì)．
請寫出正極的電極反應(yīng)式：

O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到；
（3）A、①②③都是吸熱反應(yīng)，低溫進(jìn)行平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳量減少；
B、增加水量，①得到促進(jìn)，③得到抑制；
C、催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡；
D、壓強(qiáng)增大，②平衡逆向進(jìn)行，氫氣量減小，同時(shí)③反應(yīng)逆向進(jìn)行減小一氧化碳的產(chǎn)生；
（4）①依據(jù)圖象變化曲線分析，B點(diǎn)轉(zhuǎn)化率大于A點(diǎn)，需要時(shí)間短；
②AC兩點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相同，溫度越高平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)越小；
（5）依據(jù)原電池原理應(yīng)用分析判斷電極和電極反應(yīng)；正極是氧氣得到電子．

解答：解：（1）二甲醚可以通過天然氣和CO₂合成制得，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CH₄+CO₂-→2CH₃OCH₃，故答案為：3CH₄+CO₂-→2CH₃OCH₃；
（2）①CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）?2CH₃OH（g）△H=37kJ?mol^-1；
②CH₃OH（g）+H₂O（g）?3H₂（g）+CO₂（g）△H=49kJ?mol^-1；
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=41.3kJ?mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律①+②×2得到，CH₃OCH₃（g）與水蒸氣制氫氣的熱化學(xué)方程式為：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?6H₂（g）+2CO₂（g）△H=135 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）?6H₂（g）+2CO₂（g）△H=135 kJ?mol^-1；
（3）A．反應(yīng)①②③是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)過程在低溫進(jìn)行，化學(xué)平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳減少，可減少CO的產(chǎn)生，故A正確；
B．增加進(jìn)水量，對反應(yīng)①起到促進(jìn)作用，對③起到抑制作用，所以有利于二甲醚的轉(zhuǎn)化，并減少CO的產(chǎn)生，故B正確；
C．選擇在高溫具有較高活性的催化劑，加快反應(yīng)速率，但不能改變化學(xué)平衡，不能提高反應(yīng)②CH₃OH的轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；
D．體系壓強(qiáng)升高，對反應(yīng)②反應(yīng)逆向進(jìn)行，對制取氫氣不利，二氧化碳和氫氣量減小，對反應(yīng)③逆向進(jìn)行，能減少CO的產(chǎn)生，故D正確；
故答案為：ABD；
（4）反應(yīng)開始至平衡，依據(jù)圖象分析可知一氧化碳轉(zhuǎn)化率在B點(diǎn)轉(zhuǎn)化率大于A點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)速率快，需要時(shí)間短，所以tA＞tB；AC點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相同，但C點(diǎn)溫度高于A點(diǎn)，化學(xué)平衡是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，C點(diǎn)的平衡常數(shù)小于A點(diǎn)；即K_A＞K_C，故答案為：大于；大于；
（5）負(fù)極通入煤炭氣（CO、H₂），正極通入空氣與CO₂的混合氣體，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作電解質(zhì)，正極反應(yīng)的電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-，
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-．

點(diǎn)評：本題考查了蓋斯定律和熱化學(xué)方程式的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡的影響因素和化學(xué)平衡移動原理的分析判斷，原電池電極反應(yīng)的是些方法，圖象分析，平衡常數(shù)的大小判斷是解題關(guān)鍵，題目難度中等．