Question

20．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種應用前景廣闊的清潔燃料，以CO和H₂為原料生產二甲醚主要發(fā)生以下三個反應：

編號	熱化學方程式
①	CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1
②	2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-24kJ•mol-1
③	CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H3=-41kJ•mol-1

回答下列問題：
（1）該工藝的總反應為3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H
該反應△H=-245.6kJ/mol，化學平衡常數(shù)的表達式K=K=K₁²．K₂．K₃
（2）普通工藝中反應①和反應②分別在不同的反應器中進行，無反應③發(fā)生．該工藝中反應③的發(fā)生提高了CH₃OCH₃的產率，原因是反應③消耗了反應②中的產物H₂O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動．
（3）以$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2通入1L的反應器中，一定條件下發(fā)生反應：4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H，
其CO的平衡轉化率隨溫度、壓強變化關系如圖所示：

則該反應的△H＜0（填“＞”或“＜”或“=”），在P₃和316℃反應達到平衡時，H₂的轉化率等于50%，圖中壓強的大小關系為P₁＞P₂＞P₃，理由是增大壓強平衡正向移動CO轉化率增大．
（4）以二甲醚（CH₃OCH₃）為原料設計電池，一個電極通入空氣，另一個電極通入二甲醚蒸氣，KOH溶液為電解質，則該電池的負極反應式為CH₃OCH₃-12e^-+16OH ^-=2CO₃^2-+11H₂O ．

Answer 1

分析 （1）由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），△H進行相應的改變；化學平衡常數(shù)K=K₁²．K₂．K₃；
（2）新工藝中反應③消耗反應②中的產物H₂O，減小生成物的濃度，有利于平衡向正反應方向移動；
（3）升高溫度CO轉化率降低，說明平衡逆向移動；H₂和CO的物質的量之比等于系數(shù)比，則兩者的轉化率相等；相同溫度下，增大壓強平衡正向移動，則CO轉化率增大；
（4）該燃料電池中，負極上二甲醚失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子．

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，化學平衡常數(shù)K=K₁²．K₂．K₃；
故答案為：-245.6kJ/mol；K₁²．K₂．K₃；
（2）反應③消耗了反應②中的產物H₂O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動，從而提高CH₃OCH₃的產率，
故答案為：反應③消耗了反應②中的產物H₂O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動；
（3）升高溫度CO轉化率降低，說明平衡逆向移動，則正反應是放熱反應，△H＜0；H₂和CO的物質的量之比等于系數(shù)比，則兩者的轉化率相等，則氫氣轉化率為50%；相同溫度下，增大壓強平衡正向移動，則CO轉化率增大，根據(jù)CO轉化率知，P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：＜；50%；P₁＞P₂＞P₃；增大壓強平衡正向移動CO轉化率增大；
（4）二甲醚、空氣、KOH溶液為原料總電池反應方程式為：CH₃OCH₃+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+5H₂O，正極電極反應式為：3O₂+6H₂O+2e^-=12e^-，負極反應式為CH₃OCH₃-12e^-+16OH ^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH ^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點評 本題考查化學平衡計算、外界條件對化學平衡移動影響、原電池原理等知識點，側重考查學生對化學平衡移動影響因素的理解和靈活運用，知道溫度、壓強如何影響平衡移動，難點是（4）題電極反應式的書寫．