Question

5．二甲醚（CH₃OCH₃）是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最有潛力的燃料．已知：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol
工業(yè)上制備二甲醚的主要方法經(jīng)歷了三個階段：
①甲醇液體在濃硫酸作用下或甲醇?xì)怏w在催化作用下直接脫水制二甲醚；
2CH₃OH$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃+H₂O
②合成氣CO與H₂直接合成二甲醚：
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol
③天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備二甲醚．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇工業(yè)流程如圖1：

（1）寫出CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反應(yīng)生成CO₂（g）和H₂O（1）的熱化學(xué)方程：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=-567.3kJ/mol（結(jié)果保留一位小數(shù)）
（2）在反應(yīng)室2中，一定條件下反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）在密閉容器中達(dá)到平衡后，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是AD．
A．低溫高壓        B．加催化劑      C．增加CO濃度       D．分離出二甲醚
（3）在反應(yīng)室3中，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生反應(yīng)：3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H＜0反應(yīng)達(dá)到平衡時，改變溫度（T）和壓強（P），反應(yīng)混合物中CH₃OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況如圖2所示，關(guān)于溫度（T）和壓強（P）的關(guān)系判斷正確的是CD（填序號）
A．P₃＞P₂   T₃＞T₂
B．P₂＞P₄   T₄＞T₂
C．P₁＞P₃  T₁＞T₃
D．P₁＞P₄   T₂＞T₃

（4）反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．
寫出平衡常數(shù)的表達(dá)式：k=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$，如果溫度降低，該反應(yīng)的平衡常數(shù)變�。�（填“不變”、“變大”、“變小”）
（5）圖3為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖則a電極的反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol，②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，$\frac{①+②}{3}$可得CO（g）、H₂（g）、O₂（g）反應(yīng)生成CO₂（g）和H₂O（1）的熱化學(xué)方程；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）為放熱反應(yīng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡正向移動；
（3）增大壓強，平衡向體積縮小的方向移動，溫度升高，平衡向著吸熱方向進(jìn)行．在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，增大壓強，平衡正向移動，則反應(yīng)混合物中甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)逐漸增大，溫度升高，平衡逆向移動，則反應(yīng)混合物中甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)逐漸減小，結(jié)合圖象判斷甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況判斷；
（4）平衡常數(shù)等于生成物與反應(yīng)物的濃度冪比值，正反應(yīng)物為吸熱反應(yīng)，降低溫度，平衡逆向移動；
（5）二甲醚被氧化，為原電池的負(fù)極，堿性條件下生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）已知：①CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（1）△H=-1455kJ/mol，②3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-247kJ/mol，$\frac{①+②}{3}$可得CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=$\frac{-1455kJ/mol-247kJ/mol}{3}$=-567.3kJ/mol，
故答案為：CO（g）+H₂（g）+O₂（g）?CO₂（g）+H₂O（l）△H=-567.3kJ/mol；
（2）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）為放熱反應(yīng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡正向移動，可降低溫度，增大壓強，或分離出二甲醚，
故答案為：AD；
（3）增大壓強，平衡向體積縮小的方向移動，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，增大壓強，平衡正向移動，則反應(yīng)混合物中甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)逐漸增大，即P₁＞P₂＞P₃＞P₄，
溫度升高，平衡向著吸熱方向進(jìn)行，在一定溫度和壓強條件下發(fā)生了反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，溫度升高，平衡逆向移動，則反應(yīng)混合物中甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)逐漸減小，故T₁＞T₂＞T₃＞T₄，
故答案為：CD；
（4）對于CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，K=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$，正反應(yīng)物為吸熱反應(yīng)，降低溫度，平衡逆向移動，則平衡常數(shù)減小，
故答案為：k=$\frac{c（CO）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$；變�。�
（5）二甲醚被氧化，為原電池的負(fù)極，堿性條件下生成碳酸根離子和水，電極方程式為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11 H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點評 本題考查化學(xué)平衡的影響因素以及化學(xué)平衡的計算知識，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，屬于綜合知識的考查，注意根據(jù)平衡移動原理分析解答，題目難度不大．