Question

（14分）甲醇、二甲醚等被稱為綠色能源，工業(yè)上利用天然氣為主要原料與二氧化碳、水蒸氣在一定條件下制備合成氣（CO、H2），再制成甲醇、二甲醚（CH3OCH3）。

（1）已知1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為32kJ，請寫出二甲醚燃燒熱的熱化學方程式____________________________________________________________________。

（2）寫出二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式 __________________________________。

（3）用合成氣制備二甲醚的反應原理為：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定條件下，該反應中CO的平衡轉化率隨溫度、投料比[n(H2) / n(CO)]的變化曲線如下左圖：

①a、b、c按從大到小的順序排序為_________________，該反應的△H_______0（填“＞”、“＜”）。

②某溫度下，將2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容積為2L的密閉容器中，反應到達平衡時，改變壓強和溫度，平衡體系中CH3OCH3(g)的物質的量分數(shù)變化情況如上圖所示，關于溫度和壓強的關系判斷正確的是 ；

A. P3＞P2，T3＞T2 B. P1＞P3，T1＞T3 C. P2＞P4，T4＞T2 D. P1＞P4，T2＞T3

③在恒容密閉容器里按體積比為1:2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)。當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向逆反應方向移動的是 ；

A. 正反應速率先增大后減小 B. 逆反應速率先增大后減小

C. 化學平衡常數(shù)K值減小 D. 氫氣的轉化率減小

④ 某溫度下，將4.0molCO和8.0molH2充入容積為2L的密閉容器中，反應達到平衡時，測得二甲醚的體積分數(shù)為25%，則該溫度下反應的平衡常數(shù)K＝__________。

 

Answer 1

（1）CH3OCH3(g) + 3O2(g)＝2CO2(g) + 3H2O(l) △H＝-1472kJ/mol

（2）CH3OCH3 -12e- + 16OH-＝2CO32- + 11H2O

（3）①a＞b＞c；＜ ②B、D ③B、C ④ 2.25

【解析】

試題分析：（1）1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為32kJ，則1mol二甲醚即46g二甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為46×32kJ＝1472kJ，因此二甲醚燃燒熱的熱化學方程式為CH3OCH3(g) + 3O2(g)＝2CO2(g) + 3H2O(l) △H＝-1472kJ/mol。

（2）原電池中負極失去電子，因此二甲醚在負極通入，發(fā)生氧化反應。若電解質顯堿性，則二甲醚的氧化產物最終變?yōu)樘妓猁}，因此二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式為CH3OCH3 -12e- + 16OH-＝2CO32- + 11H2O。

（3）①氫氣和CO均是反應物，因此投料比[n(H2) / n(CO)]越大，CO的轉化率越大，所以根據(jù)圖像可知a＞b＞c；同樣根據(jù)圖像可知升高溫度CO的轉化率降低，這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應，即△H＜0。

②根據(jù)圖像可以看出，對于反應：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H＜0，壓強越大，二甲醚的物質的量分數(shù)則越大，溫度越高，二甲醚的物質的量分數(shù)越小，所以P1＞P3、T1＞T3，P1＞P4、T2＞T3，故答案為：BD；

③化學平衡的標志是正逆反應速率相等，當逆反應速率大于正反應速率時，說明反應是逆向進行的。A、正反應速率先增大后減小，說明平衡向正反應方向移動，A不正確；B、逆反應速率先增大后減小，說明平衡向逆反應方向移動，B正確；C、化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，因此化學平衡常數(shù)K值減小，說明平衡向逆反應方向移動，C正確；D、氫氣的轉化率減小，無法判斷平衡移動方向，D不正確，故答案為：BC；

④根據(jù)反應的化學方程式可知，

2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)

起始濃度（mol/L） 2 4 0 0

轉化濃度（mol/L） 2x 4x x x

平衡濃度（mol/L）2－2x 4－4x x x

反應達到平衡時，測得二甲醚的體積分數(shù)為25%

則＝0.25

解得x＝0.75

所以該溫度下平衡常數(shù)K＝＝2.25

考點：考查熱化學方程式書寫、外界條件對反應速率和平衡狀態(tài)的影響以及平衡常數(shù)的計算