Question

【題目】二甲醚(CH3OCH3)和甲醇(CH3OH)被稱為21世紀(jì)的新型燃料。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下：

請?zhí)羁眨?/span>

(1)在一定條件下，反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H>0。將1.0molCH4和2.0molH2O通人反應(yīng)室1(假設(shè)容積為100L)，10min末有0.1molCO生成，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率V(H2)=________。該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式：_____________。

(2)已知：CH3OCH3 (g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g) △H=-1323 KJ/mol；

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 KJ/mol；

CO的燃燒熱：283KJ/mol。

在一定條件下，反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水，該熱化學(xué)方程式為_______________。(本題涉及的條件均在同一條件下)

(3) 綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”的工作原理如右圖所示,寫出X電極的電極反應(yīng)式_______________

(4)反應(yīng)室3中在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。對此反應(yīng)進(jìn)行如下研究：

①在容積為1L的密閉容器中分別充入1molCO和2molH2，實(shí)驗(yàn)測得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線如圖1所示。

則：該正反應(yīng)的△H___________0(填“<”、“>”或“=")。

②在容積均為1L的a、b、c三個(gè)相同密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H2，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3，在其他條件相同情況下，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)如圖2所示。下列說法正確的是_______________

A．a(chǎn)、b、c三容器5min時(shí)的正反應(yīng)速率大小為：b＞a＞c

B．達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c三容器中CO轉(zhuǎn)化率為a＞b＞c

C．5min時(shí)，a、b、c三容器中的反應(yīng)均可能達(dá)到平衡狀態(tài)。

D．將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài)，可采取的措施有升溫或減壓

Answer 1

【答案】(1)0.0003mol·L-1·min-1；K=；

(2)2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-211 KJ/mol

(3)(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(4)①<；② BD

【解析】

試題分析：(1)10min末有0.1mol CO生成，根據(jù)方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知，生成的氫氣為0.1mol×3=0.3mol，容器的體積為100L，則10min內(nèi)用氫氣表示的平均速率v(H2)==0.0003mol/(Lmin)；該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K= ，故答案為：0.0003 mol/(Lmin)；；

(2)已知：①CO的燃燒熱為283kJ/mol，則CO(g)+O2(g)═CO2(g)△H=-283kJ/mol；②CH3OCH3(g)+3O2(g)═2CO2(g)+3H2O(g)△H=-1323kJ/mol，③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ/mol，利用蓋斯定理將①×2+③×2-②可得：2CO(g)+4H2(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H= -2×(-283kJ/mol)+2×(-484kJ/mol)-(-1323kJ/mol)= -211kJ/mol，故答案為：2CO(g)+4H2(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-211kJ/mol；

(3)根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，左邊電極是負(fù)極，通入燃料二甲醚，右邊電極是正極，通入氧化劑氧氣，該燃料電池中，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O；負(fù)極的電極反應(yīng)式為(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+，故答案為：(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+；

(4)①從圖象可以看出，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減少，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：＜，

②A．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，故a、b、C三容器5min時(shí)的正反應(yīng)速率大小為：c＞b＞a，故A錯(cuò)誤；B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c中CO轉(zhuǎn)化率為a＞b＞c，故B正確；C．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，故5min時(shí)，a中反應(yīng)未達(dá)平衡，b、c中的反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；反應(yīng)后氣體體積小于反應(yīng)前，減小壓強(qiáng)．平衡逆向移動(dòng)，故將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài)，可采取的措施有升溫或減壓，故D正確，故答案為：BD。