Question

二甲醚（CH₃OCH₃）具有優(yōu)良的燃燒性能，被稱為21世紀的“清潔能源”．一步法合成二甲醚是以合成氣（CO/H₂）為原料，在一定溫度、壓強和催化劑作用下進行，反應器中發(fā)生了下列反應：
①CO（g）+2H₂（g ）?CH₃OH（g）；△H₁=90.7  kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H₂=23.5  kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O?（g）CO₂（g）+H₂（g）；△H₃=41.2  kJ?mol^-1
（1）-步法合成二甲醚的總反應可表示為3CO（g）+3H₂（g）CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），該反應的AH=

-246.1kJ/mol

．平衡常數(shù)表達式為

K=

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

．
（2）另一種合成二甲醚的方法稱為“二步法”，該工藝為讓反應①和反應②分別在不同的反應器中進行，無反應③發(fā)生，而“一步法”的反應③的發(fā)生提高了CH₃OCH₃的產(chǎn)率，原因是

反應③消耗了反應②中的水，使得②的平衡正向移動，從而提高了甲醚的產(chǎn)率

．
（3）由CO₂加氫直接合成二甲醚可以消除過度CO₂排放對環(huán)境的影響．當在合成反應器中加入碳氫比[n（CO₂）/n（H₂）]為1：3的混合氣體，在一定條件下反應得到二甲醚和水蒸氣，實現(xiàn)了CO₂的減排目的．該反應的反應方程式為

2CO₂+6H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+3H₂O

；  判斷該反應在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中下列不能作為達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是

A

A．容器的密度不變
B．容器內(nèi)壓強保持不變
C，平均摩爾質(zhì)量保持不變
D．單位時間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時消耗1mol二甲醚
（4）以二甲醚為燃料的燃料電池工作原理如圖所示：則正極為

B

（填A極或B極），寫出A電極反應式

CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H₊

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到，根據(jù)平衡常數(shù)概念寫出計算表達式，平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）反應③消耗了反應②中的產(chǎn)物H₂O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動；
（3）當在合成反應器中加入碳氫比[n（CO₂）/n（H₂）]為1：3的混合氣體，在二定條件下反應得到二甲醚和水蒸氣，依據(jù)原子守恒寫出化學方程式；化學平衡狀態(tài)的標志是正逆反應速率相同，各組分濃度保持不變，分析選項判斷；
（4）反應本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電．由圖可知，A極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子．

解答：解：（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7KJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5KJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2KJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1KJ?mol^-1，
平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，所以k=

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

，
故答案為：-246.1KJ?mol^-1；

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

；
（2）反應③消耗了反應②中的產(chǎn)物H₂O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動，從而提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率，
故答案為：反應③消耗了反應②中的產(chǎn)物H₂O，使反應②的化學平衡向正反應方向移動，從而提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率；
（3）當在合成反應器中加入碳氫比[n（CO₂）/n（H₂）]為1：3的混合氣體，在二定條件下反應得到二甲醚和水蒸氣，實現(xiàn)了CO₂的減排目的．該反應的反應方程式為：2CO₂+6H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+3H₂O，在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中下列不能作為達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是：
A．反應前后氣體質(zhì)量守恒，體積固定，所以過程中密度不變，容器的密度不變不能證明反應達到平衡，故A錯誤；
B．反應前后氣體體積變化，容器內(nèi)壓強保持不變說明反應大平衡，故B正確；
C，氣體在數(shù)和，反應前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，平均摩爾質(zhì)量保持不變說明反應達到平衡，故C正確；
D．單位時間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時消耗1mol二甲醚證明反應的正逆反應速率相同，能說明反應達到平衡，故D正確；
故答案為：2CO₂+6H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+3H₂O；A；
（4）反應本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在負極放電，正極反應還原反應，氧氣在正極放電．由圖可知，A極為負極，B為正極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，A電極的電極反應式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，故答案為：B；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

點評：本題考考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，平衡常數(shù)計算，影響平衡的因素分析判斷，原電池原理的分析應用，題目難中等．