Question

【題目】二甲醚作為燃料電池的原料，可通過以下途徑制取：

I．2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH

II．2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH

（1）已知：①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=－41.0kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=－49.0kJ·mol－1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol－1

則反應(yīng)I的ΔH=_______kJ·mol－1

（2）在10L恒容密閉容器中，均充入4molCO2和7molH2，分別以銥(Ir)和鈰(Ce)作催化劑，通過反應(yīng)II制二甲醚，反應(yīng)進(jìn)行相同的時間后測得的CO2的轉(zhuǎn)化率α(CO2)隨反應(yīng)溫度的變化情況如圖1所示。

①根據(jù)圖1，下列說法不正確的是________。

A．反應(yīng)II的ΔH＜0，ΔS＞0

B．600K時，H2的速率：v(b)正＞v(a)逆

C．分別用Ir、Ce作催化劑時，Ce使反應(yīng)II的活化能降低更多

D．從狀態(tài)d到e，α(CO2)減小的原因可能是溫度升高平衡逆向移動

②狀態(tài)e(900K)時，α(CO2)=50%，則此時的平衡常數(shù)K=______（保留3位有效數(shù)字）。

（3）寫出二甲醚堿性（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式____________________________。

Answer 1

【答案】—203.5 A、C 6.75×104 CH3OCH3 ＋16OH——12e—=2CO32-＋11H2O

【解析】

（1）根據(jù)已知反應(yīng)的反應(yīng)熱和蓋斯定律，①×2+②×2— ③ 計算可得ΔH；

（2）①A．由圖中信息可知，當(dāng)溫度高于800K時，CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)隨反應(yīng)溫度升高而減小，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH>0，同時該反應(yīng)氣體體積減小，ΔS<0；

B．由圖可知，b點CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)大于a點，生成物濃度b點大于a點，故v(b)逆＞v(a)逆，由于b點平衡正向進(jìn)行，v(b)正＞v(b)逆，所以v(b)正＞v(a)逆；

C．由圖中信息可知，當(dāng)溫度為400K800K時，反應(yīng)進(jìn)行相同時間后測得Ir作催化劑的CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)較高，說明Ir的催化效率更高，所以，用Ir、Ce作催化劑時，反應(yīng)的活化能降低更多的是Ir；

D．狀態(tài)d、e都是平衡狀態(tài)，從d到e，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動，α(CO2)減小。

②列出三行式，根據(jù)二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率，求出平衡時各組份的濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)計算式計算；

（3）根據(jù)電池反應(yīng)式可知，CH3OCH3在反應(yīng)中被氧化，O2被還原，CH3OCH3在負(fù)極上反應(yīng)。又因為是堿性溶液不可能有H+參加或生成，根據(jù)電子守恒、電荷守恒和原子守恒書寫負(fù)極反應(yīng)式。

（1）已知：①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH1=－41.0kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) ΔH2=－49.0kJ·mol－1

③CH3OCH3(g)+ H2O(g)2CH3OH(g) ΔH3=+23.5kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律，①×2+②×2— ③ 得ΔH=（-41.0 kJ·mol－1）×2+（－49.0kJ·mol－1）×2-（+23.5kJ·mol－1）= -203.5kJ·mol－1

故答案為：—203.5；

（2）①A．由圖中信息可知，當(dāng)溫度高于800K時，CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)隨反應(yīng)溫度升高而減小，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH>0，同時該反應(yīng)氣體體積減小，ΔS<0，故A錯誤；

B．由圖可知，b點CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)大于a點，生成物濃度b點大于a點，故v(b)逆＞v(a)逆，由于b點平衡正向進(jìn)行，v(b)正＞v(b)逆，所以v(b)正＞v(a)逆，故B正確；

C．由圖中信息可知，當(dāng)溫度為400K800K時，反應(yīng)進(jìn)行相同時間后測得Ir作催化劑的CO2轉(zhuǎn)化率α(CO2)較高，說明Ir的催化效率更高，所以，用Ir、Ce作催化劑時，反應(yīng)的活化能降低更多的是Ir，故C錯誤；

D．狀態(tài)d、e都是平衡狀態(tài)，從d到e，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動，α(CO2)減小，故D正確。

故答案選AC；

②列出三行式，

2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)

起始（mol） 4 7 0 0

轉(zhuǎn)化（mol）4×50%=2 6 1 3

平衡（mol） 2 1 1 3

容器容積為10L，則CO2、H2、CH3OCH3、H2O的平衡濃度分別為0.2mol/L、0.1mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L，

此時的平衡常數(shù)K==6.75×104。

故答案為：6.75×104；

（3）根據(jù)電池反應(yīng)式可知，CH3OCH3在反應(yīng)中被氧化，O2被還原，CH3OCH3在負(fù)極上反應(yīng)，O2在正極上反應(yīng)。又因為是堿性溶液不可能有H+參加或生成，故負(fù)極反應(yīng)式為CH3OCH3 ＋16OH——12e—=2CO32-＋11H2O，

故答案為：CH3OCH3 ＋16OH——12e—=2CO32-＋11H2O；