Question

【題目】二甲醚是一種清潔能源，用水煤氣制取甲醚的原理如下：

I．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

II．2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)+H2O(g)

（1）300℃和500℃時，反應(yīng)I的平衡常數(shù)分別為K1、K2，且K1＞K2，則其正反應(yīng)為_______反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）。

（2）在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)I：

①下圖能正確反映體系中甲醇體積分數(shù)隨溫度變化情況的曲線是______________（填“a”或“b”）。

②下列說法能表明反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是____（填標號）。

A．容器中氣體的壓強不再變化 B．混合氣體的密度不再變化

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化 D．v正(H2)=2v正(CH3OH)

（3）500K時，在2L密閉容器中充入4 mol CO和8 mol H2，4 min達到平衡，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為80%，且2c(CH3OH)=c(CH3OCH3) ，則：

① 0～4 min，反應(yīng)I的v(H2)=______，反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=______。

② 反應(yīng)II中CH3OH的轉(zhuǎn)化率α=_______。

（4）二甲醚燃料電池的工作原理如圖聽示，則X電極的電極反應(yīng)式為_______。用該電池對鐵制品鍍銅，當鐵制品質(zhì)量增加64 g時，理論上消耗二甲醚的質(zhì)量為_______g（精確到0.01）。

Answer 1

【答案】 放熱 a AC 0.8mol/(L·min) 1.25(mol/L)-2 80% CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+ 7.67

【解析】（1）升高溫度平衡常數(shù)減小，所以其正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；（2）①正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進行，甲醇的體積分數(shù)減小，因此下圖能正確反映體系中甲醇體積分數(shù)隨溫度變化情況的曲線是a。②A.正反應(yīng)體積減小，容器中氣體的壓強不再變化能表明反應(yīng)已達平衡狀態(tài)，A正確；B. 密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，因此混合氣體的密度不再變化不能說明，B錯誤；C．混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化可以說明，C正確；D．v正(H2)=2v正(CH3OH)均表示正反應(yīng)方向，不能說明，D錯誤，答案選AC；（3）①4min達到平衡，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則消耗CO是3.2mol，因此消耗氫氣是6.4mol，濃度是3.2mol/L，所以0～4min，反應(yīng)I的v(H2)＝3.2mol/L÷4min＝0.8mol/(L·min)。剩余CO是0.4mol/L，氫氣是0.8mol/L，最初生成甲醇是1.6mol/L，設(shè)分解的甲醇是xmol/L，則生成二甲醚是0.5xmol/L，所以有0.5x＝2×（1.6－x），解得x＝1.28，所以根據(jù)方程式可知反應(yīng)I的平衡常數(shù)K＝＝1.25。②反應(yīng)II中CH3OH的轉(zhuǎn)化率α＝1.28/1.6×100%＝80%。（4）質(zhì)子向Y電極移動，所以Y電極是正極，則X電極是負極，通入的是二甲醚，電極反應(yīng)式為CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2↑+12H+。用該電池對鐵制品鍍銅，當鐵制品質(zhì)量增加64g時析出銅是1mol，轉(zhuǎn)移2mol電子，則理論上消耗二甲醚的質(zhì)量為7.67g。

（精確到0.01）。