Question

二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀(jì)的新型燃料，它清潔、高效，具有優(yōu)良的環(huán)保性能．也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用．請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />（1）二甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液多孔石墨電極可構(gòu)成燃料電池．該電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式是：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，則正極的電極反應(yīng)式是：

 

．
（2）利用水煤氣合成二甲醚的三步反應(yīng)如下：
①2H₂（g）+CO（g）═CH₃OH（g）△H=a kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=b kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=ckJ?mol^-1
總反應(yīng)：3H₂（g）+3CO（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（3）已知反應(yīng)②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）某溫度下的平衡常數(shù)為400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol?L-1）	0.64	0.50	0.50

①比較此時正、逆反應(yīng)速率的大�。簐（正）

 

 v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），簡述原因

 

．
②若開始只加入CH₃OH，經(jīng)10min后反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡時CH₃OH轉(zhuǎn)化率α（CH₃OH）=

 

（計算結(jié)果保留小數(shù)后一位）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，堿性環(huán)境中生成碳酸鉀與氫水，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電生成氫氧根離子；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（3）①計算濃度商和平衡常數(shù)比較判斷；
②根據(jù)2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）以及表格中的數(shù)據(jù)求解10min后反應(yīng)達(dá)到平衡時CH₃OH的濃度，然后求解轉(zhuǎn)化率．

解答： 解：（1）該燃料電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極放電生成氫氧根離子，即6H₂O+3O₂+12e^-=12OH^-或2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-，
故答案為：6H₂O+3O₂+12e^-=12OH^-或2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-；
（2）已知：①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=a kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=b kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=ckJ?mol^-1
由蓋斯定律②+③+①×2得到3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=（2a+b+c）kJ?mol^-1，
故答案為：（2a+b+c）；
（3）①Q(mào)_C=

C(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

0.6×0.6

0．42

=2.25＜400，Q_C小于平衡常數(shù)，反應(yīng)正向進(jìn)行尚未達(dá)到平衡，所以v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；該時刻的濃度商Q_C=2.25＜400，Q_C小于平衡常數(shù)，反應(yīng)正向進(jìn)行尚未達(dá)到平衡，所以v（正）＞v（逆）；
②由2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）和表格中的數(shù)據(jù)可知，開始c（CH₃OH）=（0.64+0.5×2）mol/L=1.64mol/L，設(shè)達(dá)平衡時CH₃OCH₃的物質(zhì)的量為x，則
               2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1.6             0        0
變化量（mol/L）  2x             x       x
平衡量（mol/L）1.64-2x          x        x
K=

C(CH3OCH3)?c(H2O)

c2(CH3OH)

=

x×x

(1.64-2x)2

=400，解得X=0.8，
α（CH₃OH）=

1.60

1.64

×100%≈97.6%，
故答案為：97.6%．

點評：本題考查了電化學(xué)方程式的書寫方法和蓋斯定律的計算應(yīng)用、化學(xué)平衡的影響因素分析判斷、平衡常數(shù)的計算應(yīng)用，注意平衡常數(shù)隨溫度變化，題目難度中等．