Question

（16分）下圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運用所學(xué)知識，解決下列問題：

I．已知該產(chǎn)業(yè)鏈中某反應(yīng)的平衡表達式為：K＝，它所對應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式為                                             。

II．二甲醚（CH₃OCH₃）在未來可能替代柴油和液化氣作為潔凈液體燃料使用.工業(yè)上以CO和H₂為原料生產(chǎn)CH₃OCH₃。工業(yè)制備二甲醚在催化反應(yīng)室中（壓力2.0～10.0Mpa，溫度230～280℃）進行下列反應(yīng)：

①CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)                          △H₁＝－90.7kJ·mol^-1

②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g) ＋H₂O(g)            △H₂＝－23.5kJ·mol^-1

③CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)                   △H₃＝－41.2kJ·mol^-1

（1）催化反應(yīng)室中總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為                。 830℃時反應(yīng)③的K＝1.0，則在催化反應(yīng)室中反應(yīng)③的K     1.0（填“>”、“<”或“＝”）。

（2）在某溫度下，若反應(yīng)①的起始濃度分別為：c(CO)＝1 mol/L，c(H₂)＝2.4 mol/L，5 min后達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為50％，則5 min內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為       　      ；若反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(CO)＝4 mol/L，c(H₂)＝a mol/L；達到平衡后，c(CH₃OH)＝2 mol/L，a＝         mol/L。

（3）為了尋找合適的反應(yīng)溫度，研究者進行了一系列試驗，每次試驗保持原料氣組成、壓強、反應(yīng)時間等因素不變，試驗結(jié)果如圖.CO轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的規(guī)律是       ，其原因是             .

（4）“二甲醚燃料電池”是一種綠色電源，其工作原理如圖所示。寫出a電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式                                               。

 

Answer 1

【答案】

C（s）+H₂O（g）CO（g）+H₂（g）（2分）

（1）3CO(g)＋3H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋CO₂(g) ΔH＝－246.1 kJ·mol^－1（2分）；

＞（2分）

（2）0.1mol/(L·min) （2分）；5.4 （2分）

（3）溫度低于240℃時，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而增大；溫度高于240℃時，CO的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小。（2分）

在較低溫時，各反應(yīng)體系均未達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)速率影響，隨著溫度的升高反應(yīng)率增大，CO的轉(zhuǎn)化率也增大；在較高溫時，各反應(yīng)體系均已達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率主要受反應(yīng)限度影響，隨著溫度的升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率減小。（2分）

（4）CH₃OCH₃＋3H₂O－12e^－＝2CO₂＋12H⁺（2分）

【解析】