【題目】二甲醚(CH3OCH3)和甲醇(CH3OH)被稱(chēng)為21世紀(jì)的新型燃料。以CH4和H2O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下:

請(qǐng)?zhí)羁眨?/span>

(1)在一定條件下,反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H>0。將1.0molCH4和2.0molH2O通人反應(yīng)室1(假設(shè)容積為100L),10min末有0.1molCO生成,則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率V(H2)=________。該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式:_____________。

(2)已知:CH3OCH3 (g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g) △H=-1323 KJ/mol;

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484 KJ/mol;

CO的燃燒熱:283KJ/mol。

在一定條件下,反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水,該熱化學(xué)方程式為_______________。(本題涉及的條件均在同一條件下)

(3) 綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”的工作原理如右圖所示,寫(xiě)出X電極的電極反應(yīng)式_______________

(4)反應(yīng)室3中在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng):CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。對(duì)此反應(yīng)進(jìn)行如下研究:

①在容積為1L的密閉容器中分別充入1molCO和2molH2,實(shí)驗(yàn)測(cè)得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線如圖1所示。

則:該正反應(yīng)的△H___________0(填“<”、“>”或“=")。

②在容積均為1L的a、b、c三個(gè)相同密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H2,三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T(mén)1、T2、T3,在其他條件相同情況下,實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)如圖2所示。下列說(shuō)法正確的是_______________

A.a(chǎn)、b、c三容器5min時(shí)的正反應(yīng)速率大小為:b>a>c

B.達(dá)到平衡時(shí),a、b、c三容器中CO轉(zhuǎn)化率為a>b>c

C.5min時(shí),a、b、c三容器中的反應(yīng)均可能達(dá)到平衡狀態(tài)。

D.將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài),可采取的措施有升溫或減壓

【答案】(1)0.0003mol·L-1·min-1K=;

(2)2CO(g)+4H2(g)=CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-211 KJ/mol

(3)(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+

(4)①<; BD

【解析】

試題分析(1)10min末有0.1mol CO生成根據(jù)方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知,生成的氫氣為0.1mol×3=0.3mol,容器的體積為100L,10min內(nèi)用氫氣表示的平均速率v(H2)==0.0003mol/(Lmin);該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為K= ,故答案為:0.0003 mol/(Lmin);;

(2)已知:①CO的燃燒熱為283kJ/mol,CO(g)+O2(g)═CO2(g)△H=-283kJ/mol;②CH3OCH3(g)+3O2(g)═2CO2(g)+3H2O(g)△H=-1323kJ/mol③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-484kJ/mol,利用蓋斯定理將①×2+③×2-②可得:2CO(g)+4H2(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H= -2×(-283kJ/mol)+2×(-484kJ/mol)-(-1323kJ/mol)= -211kJ/mol,故答案為:2CO(g)+4H2(g)═CH3OCH3(g)+H2O(g)△H=-211kJ/mol;

(3)根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知,左邊電極是負(fù)極,通入燃料二甲醚,右邊電極是正極,通入氧化劑氧氣,該燃料電池中,正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水,電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O;負(fù)極的電極反應(yīng)式為(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+,故答案為:(CH3)2O-12e-+3H2O=2CO2+12H+

(4)①?gòu)膱D象可以看出,升高溫度,甲醇的物質(zhì)的量減少,說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng),則△H<0,故答案為:<,

②A.升高溫度,化學(xué)反應(yīng)速率加快,故a、b、C三容器5min時(shí)的正反應(yīng)速率大小為:c>b>a,故A錯(cuò)誤;B.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),故達(dá)到平衡時(shí),a、b、c中CO轉(zhuǎn)化率為a>b>c,故B正確;C.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),故5min時(shí),a中反應(yīng)未達(dá)平衡,b、c中的反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),故C錯(cuò)誤;D.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng);反應(yīng)后氣體體積小于反應(yīng)前,減小壓強(qiáng).平衡逆向移動(dòng),故將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài),可采取的措施有升溫或減壓,故D正確,故答案為:BD。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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(3)U形管C中盛裝的可以是______(填序號(hào))。

①濃硫酸 ②堿石灰 ③無(wú)水CaCl2

(4)證明溴的非金屬性比碘強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是__________________________。

(5)E裝置中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)存在明顯不足,不足之處是_______________________________,溶液X可以是______(填序號(hào))。

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(5)E 的同分異構(gòu)體中,既能發(fā)生銀鏡反應(yīng),也能與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的共有 種(不考慮立體異構(gòu)).

(6)F 除了合成PHB 外,還可經(jīng)過(guò) (填反應(yīng)類(lèi)型)、聚合三步反應(yīng)合成(一種類(lèi)似有機(jī)玻璃的塑料).

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