Question

“生物質(zhì)”是指由植物或動(dòng)物生命體衍生得到的物質(zhì)的總稱．“生物質(zhì)能”是人類解決能源危機(jī)的一種重要的能源．“生物質(zhì)”在一定條件下可氣化為CO、H₂等原料氣，進(jìn)而合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃），相關(guān)反應(yīng)為：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）；
②4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．
請(qǐng)根據(jù)圖1、2示回答問題：
（1）由H₂和CO合成二甲醚的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）在T₁、T₂溫度下，向兩個(gè)容積相同的密閉容器中分別通入1molCO和2molH₂合成甲醇，則T₁、T₂溫度下對(duì)應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁

 

K₂（選填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）在一定條件下，向一個(gè)容積可變的密閉容器中充入4molH₂、2molCO、1molCH₃OCH₃ （g）和1molH₂O（g），經(jīng)一定時(shí)間反應(yīng)②達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)測(cè)得混合氣體密度是相同條件下起始時(shí)的1.6倍．反應(yīng)開始時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小關(guān)系為υ_正

 

υ_逆（選填“＞”、“＜”或“=”），平衡時(shí)n（CH₃OCH₃）=

 

mol．
（4）圖3為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖．
（a、b均為多孔性Pt電極）．
a電極是

 

極（填“正”或“負(fù)”）；
b電極上的電極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)圖象分析書寫熱化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律計(jì)算所需熱化學(xué)方程式；
（2）圖象分析，先拐先平的分析方法可知T₁＜T₂，依據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（3）反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變；用差量法解題，方程式中3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）減少了4mol；
（4）氧氣得電子，化合價(jià)降低，故b電極是正極；由圖知在a電極二甲醚與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，故a電極的反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；

解答： 解：（1）圖象分析可知反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為 ①4H₂（g）+2CO（g）=2CH₃OH（g）；△H=-162.6kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H=-23.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律①+②得到：4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-186.1KJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2CO（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-186.1KJ/mol；
（2）圖象分析可知T₁＜T₂，溫度越高甲醇物質(zhì)的量越小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g），則T₁、T₂溫度下對(duì)應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁＞K₂，故答案為：＞；
（3）在一定條件下，向一個(gè)容積可變的密閉容器中充入4molH₂、2molCO、1molCH₃OCH₃（g）和1molH₂0（g），4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，同溫、同壓下，達(dá)到平衡時(shí)，氣體密度增大，即氣體體積縮小，平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的1.6倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.625倍，總物質(zhì)的量=8×0.625=5mol，反應(yīng)前后減少了3mol，設(shè)反應(yīng)生成甲醚xmol，
3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）減少了4mol，
                   1                        4
                   x                        3
解得：x=0.75mol平衡時(shí)，n（CH₃OCH₃）=1+0.75=1.75mol，
故答案為：＞；1.75；
（4）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，氧氣在正極放電，b電極為正極，由圖可知，a極為負(fù)極，二甲醚放電生成二氧化碳，由離子交換膜可知還生成氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，b電極上的反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，故答案為：負(fù)；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查影響平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)熱的計(jì)算原電池原理應(yīng)用等綜合性強(qiáng)，難度中等．