Question

甲醇、二甲醚等被稱為綠色能源，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（CH₃OCH₃）．“
（1）已知1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為32kJ，請寫出二甲醚燃燒熱的熱化學方程式

 

（2）寫出二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式

 

．
（3）用合成氣制備二甲醚的反應原理為：2CO（g）+4H₂（g）

催化劑

  CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
已知一定條件下，該反應中CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[

n(H2)

n(CO)

]的變化曲線如圖：

①a、b、c按從大到小的順序排序為

 

 該反應的△H

 

0（填“＞”或“＜”）
②某溫度下，將2.0mol CO（g）和4.0mol H₂（g）充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量分數(shù)變化情況如上圖所示，關(guān)于溫度和壓強的關(guān)系判斷正確的是

 

；
A．P₃＞P₂，T₃＞T₂ B．P₁＞P₃，T₁＞T₃    C．P₂＞P₄，T₄＞T₂ D．P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密閉容器里按體積比為1：2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逆反應方向移動的是

 

；
A．正反應速率先增大后減小     B．逆反應速率先增大后減小
C．化學平衡常數(shù)K值減小       D．氫氣的轉(zhuǎn)化率減小
④某溫度下，將4.0mol CO和8.0mol H₂充入容積為2L的密閉容器中，反應達到平衡時，測得二甲醚的體積分數(shù)為25%，則該溫度下反應的平衡常數(shù)K=

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,體積百分含量隨溫度、壓強變化曲線

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱，注意C→CO₂，H₂→H₂O（液），S→SO₂（氣）；
（2）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應比直接燃燒能量轉(zhuǎn)化率高；
（3）①對于反應2CO（g）+4H₂（g）

催化劑

  CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），增大H₂的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；通過圖象可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，即得出反應吸放熱的情況；
②根據(jù)溫度和壓強對化學平衡的影響：升高溫度，平衡向著吸熱方向進行，增大壓強，化學平衡向著氣體系數(shù)和減小的方向進行來回答；
③當正逆反應速率不相等時，化學平衡會向著正方向或是逆方向進行；
④根據(jù)二甲醚的體積分數(shù)為25%，可求出平衡時各物質(zhì)的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)K的表達式，即可求出K值．

解答： 解：（1）根據(jù)燃燒熱的定義：1 mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱，注意C→CO2，H2→H2O（液），S→SO2（氣）．
1g二甲醚即

1

46

mol完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為32kJ．則1mol二甲醚燃燒放出1472kJ，故二甲醚燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO2（g）+3H₂O（l）△H=-1472kJ/mol
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO2（g）+3H₂O（l）△H=-1472kJ/mol；
（2）原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醚在負極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O
故答案為：CH₃OCH₃-12e-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（3）①反應2CO（g）+4H₂（g）

催化劑

 CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），增大H₂的濃度，平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即投料比

n(H2)

n(co)

越高，CO的轉(zhuǎn)化率增大，
故有a＞b＞c；
通過圖象可知，溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，即升溫，平衡左移，故正反應方向為放熱反應，即△H＜0．
故答案為：a＞b＞c＜；
②根據(jù)圖可以看出，對于反應：2CO（g）+4H₂（g）

催化劑

 CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H＜0，壓強越大，二甲醚的物質(zhì)的量分數(shù)則越大，溫度越高，二甲醚的物質(zhì)的量分數(shù)越小，所以P₁＞P₃、T₁＞T₃，P₁＞P₄、T₂＞T₃，故答案為：BD；
③化學平衡的標志是正逆反應速率相等，當逆反應速率大于正反應速率時，說明反應是逆向進行的．
A、正反應速率先增大后減小，說明反應正向進行，故A錯誤；              
B、逆反應速率先增大后減小，說明反應逆向進行，故B正確；
C、化學平衡常數(shù)K值減小，說明平衡逆向進行，故C正確；  
D、氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，不一定是平衡逆向進行，還可能是又充入了氫氣，故D錯誤．
故選BC．
 ④設平衡時二甲醚的濃度為X，根據(jù)三段式可有：2CO（g）+4H₂（g）

催化劑

   CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），
                                初始濃度：2mol/L         4mol/L               0             0
△C：2Xmol/L       4X mol/L            Xmol/L         Xmol/L   
                                平衡濃度：（2-2X）mol/L  （4-4X）mol/L        Xmol/L         Xmol/L

根據(jù)反應達到平衡時，測得二甲醚的體積分數(shù)為25%，可列式：

X

6-4X

=25%，解得X=0.75mol/L
化學平衡常數(shù)K=

C(CH3OCH3)?C(H2O)

C(CO)2?C(H2)4

=2.25
故答案為2.25．

點評：本題是一道關(guān)于熱化學、電化學、化學反應速率和平衡知識的綜合考查題，要求學生具有分析和解決問題的能力，綜合性強，難度大．