Question

（16分）二甲醚是重要的有機中間體，利用二氧化碳加氫合成二甲醚能變廢為寶，且可替代汽油作為新型清潔燃料。
（1）常溫常壓下，二氧化碳加氫可選擇性生成二甲醚或一氧化碳：
①CO₂ (g)＋3H₂(g)＝CH₃OH(l)＋H₂O(l)   △H₁ ＝－55.7 kJ/mol
②2CH₃OH(l) ＝ CH₃OCH₃(g)＋H₂O (l)  △H₂ ＝－23.4 kJ/mol
③CO₂ (g)＋3H₂(g) ＝CO(g) + H₂O (l)    △H ₃>0
則CO₂(g)加氫轉化為CH₃OCH₃(g)和H₂O (l)的熱化學方程式是___________________________________________________。
（2）合成二甲醚往往選用硅鋁混合物作催化劑，硅鋁比例不同，生成二甲醚或一氧化碳的物質的量分數(shù)不同。下圖是硅鋁比與產物選擇性圖：

反應③的平衡常數(shù)表達式為                ，圖中A點和B點的平衡常數(shù)比較：K_A______K_B（填“>、=、<”）。根據(jù)以上兩條曲線，寫出其中一條變化規(guī)律：                 ___________________。
（3）在280^oC時，向一個2L的密閉容器中加入等量2mol二氧化碳和氫氣， A點二甲醚的濃度為0.15 mol·L^－1，計算在A點二氧化碳的轉化率，要求寫出計算過程。
（4）二甲醚逐漸發(fā)展為替代汽油的清潔燃料，在二甲醚燃料電池中，二甲醚通入______極，堿性條件下，該電極反應式是                。

Answer 1

（1）2CO₂(g)+6H₂(g) = CH₃OCH₃(g)+3 H₂O(l)   △H ＝－134.8kJ/mol （3分）
（2）K=（2分）    “="”" （2分）
a.溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b.低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減小。（其它正確答案均可得分，2分）
（3）起始狀態(tài)c(H₂)=c(CO₂)=2mol/2L=1mol/L
2CO₂+6H₂=CH₃OCH₃+ 3H₂O
c(起始)  1.00mol/L    1.00mol/L        0           0
c(轉化)  0.30mol/L    0.90mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
c(平衡)  0.70mol/L    0.10mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
CO₂的轉化率=（2分，答案正確且有過程均給2分）
（4）負 （2分）    CH₃OCH₃+16OH^-－12e^-═2CO₃^2-+11H₂O（3分，配平錯誤只扣1分）

解析試題分析：（1）CO₂(g)加氫轉化為CH₃OCH₃(g)和H₂O (l)的熱學方程式2CO₂(g)+6H₂(g)= CH₃OCH₃(g)+3H₂O(l)，根據(jù)蓋斯定律，分析反應①、②及該反應的關系可知，將①式乘以2并加上②式可得該反應，故△H ＝2△H₁+△H₂=－23.4 kJ/mol ×2+（－55.7 kJ/mol）=－134.8kJ/mol；（2）反應③中的生成物水是純液體，濃度為常數(shù)，故平衡常數(shù)表達式為： K=；平衡常數(shù)只受溫度影響，圖中280^oC下的A點和B點的平衡常數(shù)相等；從圖中兩條曲線的變化趨勢及對比情況可以看出：230^oC的曲線變化相對平緩，280^oC的曲線變化程度較大且先升后降，280^oC二甲醚物質的量分數(shù)較大，溫度升高，二甲醚的物質的量濃度的變化受影響的程度也有所改變等，故可以概括為：a.溫度越高，二甲醚的選擇性越大；b.低溫時硅鋁比對二甲醚的選擇性影響不大，高溫時隨著硅鋁比增大，二甲醚的選擇性先增大后減��；等等。
（3）依題意可知，起始狀態(tài)c(H₂)=c(CO₂)=2mol/2L=1mol/L
2CO₂     +      6H₂   =   CH₃OCH₃ +  3 H₂O
c(起始)  1.00mol/L    1.00mol/L        0           0
c(轉化)  0.30mol/L    0.90mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
c(平衡)  0.70mol/L    0.10mol/L     0.15mol/L     0.45mol/L
CO₂的轉化率=
（4）在二甲醚燃料電池中，二甲醚作為燃料，氧氣作為氧化劑，故二甲醚應通入負極，堿性條件下，燃料電池中負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，該電極反應式為： CH₃OCH₃+16OH^-－12e^-═2CO₃^2-+11H₂O。
考點：考查熱化學方程式、化學平衡常數(shù)的應用及燃料電池電極反應式。