Question

【題目】二甲醚又稱甲醚，簡稱 DME，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃，與石油液化氣(LPG)相似，被譽為“21世紀(jì)的清潔燃料”。 由合成氣(CO、H2)制備二甲醚的反應(yīng)原理如下：

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1=-90.0kJ·mo l -1

②2 CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) △H2=-20.0kJ·mo l -1

回答下列問題：

（1）已知:H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol，若由合成氣(CO、H2) 制備 1molCH3OCH3(g)，且生成 H2O(1)，其熱化學(xué)方程式為_______________。

（2）有人模擬該制備原理：500K時，在2L的密閉容器中充入2mol CO和6molH2，5min達(dá)到平衡，平衡時測得c(H2)=1.8mo l·L-1， c(CH3OCH3)=0.2mo l·L-1，此時 CO的轉(zhuǎn)化率為__________。用 CH3OH 表示反應(yīng)①的速率是_____________mo l·L-1·m i n -1，可逆反應(yīng)②的平衡常數(shù) K2=______________________。

（3）在體積一定的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，如果該反應(yīng)的平衡常數(shù) K2 值變小，下列說法正確的是____。

A. 平衡向正反應(yīng)方向移動 B. 平衡移動的原因是升高了溫度

C. 達(dá)到新平衡后體系的壓強不變 D. 容器中 CH3OCH3 的體積分?jǐn)?shù)減小

（4）一定條件下在恒溫恒容的密閉容器中，按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)進(jìn)行反應(yīng)①，平衡時 CO(g)和 H2(g)的轉(zhuǎn)化率如圖所示，則a=________ (填數(shù)值)。

（5）綠色電源“二甲醚燃料電池”的結(jié)構(gòu)如圖所示，電解質(zhì)為 熔 融 態(tài) 的 碳 酸 鹽 (如 熔 融K2CO3)，其中 CO2 會參與電極反應(yīng)。 工作時正極的電極反應(yīng)為______________ 。

Answer 1

【答案】 2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l ) △H2=-244.0kJ·mo l -1 60% 0.12 1 BD 2 2CO2+O2+4e- =2CO32-

【解析】（1）給H2O(1) =H2O(g) △H= +44.0kJ/mol編號為③，根據(jù)蓋斯定律，①×2+②-③得：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(g)+H2O(l) △H2=-244.0kJ·mol-1。

（2）由已知，CO和H2按照物質(zhì)的量之比1：2反應(yīng)，H2反應(yīng)了6mol-1.8molL-1×2L=2.4mol，所以CO反應(yīng)了1.2mol，此時CO的轉(zhuǎn)化率為：1.2mol÷2mol×100%=60%；根據(jù)反應(yīng)①，生成CH3OH1.2mol，用CH3OH表示反應(yīng)①的速率是1.2mol÷2L÷5min=0.12 molL-1min-1；由c(CH3OCH3)=0.2mol·L-1，可得反應(yīng)②H2O(g)的平衡濃度為0.2mol·L-1，反應(yīng)②CH3OH(g)的平衡濃度為1.2mol÷2L-2×0.2mol·L-1=0.2 mol·L-1，所以可逆反應(yīng)②的平衡常數(shù)K2===1。

（3）化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度影響，反應(yīng)②正向為放熱反應(yīng)，升高溫度K2值變小，平衡逆向移動，CH3OCH3(g)生成率降低，容器中CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)減小；容器中氣體總物質(zhì)的量不變，容器容積固定，T增大，根據(jù)PV=nRT，則P增大，故BD正確。

（4）反應(yīng)物按化學(xué)計量數(shù)之比投料，則平衡轉(zhuǎn)化率相同，如圖，交點縱坐標(biāo)表示H2和CO轉(zhuǎn)化率相等，橫坐標(biāo)a表示H2(g)和CO(g)的投料比，所以a=2。

（5）正極上是氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，由已知熔融K2CO3作電解質(zhì)，CO2參與反應(yīng)，故電極反應(yīng)式為：2CO2+O2+4e- =2CO32-。