Question

1．二甲醚（DME）被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”．由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：
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
回答下列問題：

（1）則反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）×{c}^{3}（CO）}$．
（2）下列措施中，能提高（1）中CH₃OCH₃產(chǎn)率的有AC．
A．使用過量的CO          B．升高溫度             C．增大壓強(qiáng)
（3）反應(yīng)③能提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率，原因是反應(yīng)消耗了H₂O（g）有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)；同時(shí)此反應(yīng)生成了H₂，有利于反應(yīng)①正向移動(dòng)．
（4）將合成氣以n（H₂）/n（CO）=2通入1L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖1所示，下列說法正確的是A．
A．△H＜0                     B．P₁＜P₂＜P₃
C．若在P₃和316℃時(shí)，起始n（H₂）/n（CO）=3，則達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率小于50%
（5）采用一種新型的催化劑（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制備二甲醚（簡(jiǎn)稱DMA）．觀察圖2回答問題．催化劑中n（Mn）/n（Cu）約為2.0時(shí)最有利于二甲醚的合成．
（6）圖3為綠色電“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖，a電極的電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（2）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，
提高CH₃OCH₃產(chǎn)率，改變條件應(yīng)使平衡正向移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析解答；
（3）反應(yīng)消耗了H₂O（g）有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)；同時(shí)此反應(yīng)生成了H₂，有利于反應(yīng)①正向移動(dòng)；
（4）A．由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
B．正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
C．增大氫氣的用量，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（5）CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的選擇性最大時(shí)最好；
（6）由質(zhì)子交換膜中氫離子移動(dòng)方向可知，a為負(fù)極，b為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極失去電子生成二氧化碳與氫離子．

解答 解：（1）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）×{c}^{3}（CO）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）×{c}^{3}（CO）}$；
（2）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．
A．增大反應(yīng)物的濃度平衡正移，所以使用過量的CO，能提高CH₃OCH₃產(chǎn)率，故A正確；
B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆移，則CH₃OCH₃產(chǎn)率會(huì)降低，故B錯(cuò)誤；
C．該反應(yīng)正方向?yàn)轶w積減小的方向，所以增大壓強(qiáng)平衡正移，能提高CH₃OCH₃產(chǎn)率，故C正確；
故答案為：AC；
（3）反應(yīng)消耗了H₂O（g）有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)；同時(shí)此反應(yīng)生成了H₂，有利于反應(yīng)①正向移動(dòng)，故反應(yīng)③能提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率，
故答案為：反應(yīng)消耗了H₂O（g）有利于反應(yīng)②正向移動(dòng)；同時(shí)此反應(yīng)生成了H₂，有利于反應(yīng)①正向移動(dòng)；
（4）A．由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0，故A正確；
B．正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P₁＞P₂＞P₃，故B錯(cuò)誤；
C．若在P₃和316℃時(shí)，起始時(shí)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=3，則增大了氫氣的量，增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以CO轉(zhuǎn)化率大于50%，故C錯(cuò)誤；
故答案為：A；
（5）由圖可知當(dāng)催化劑中$\frac{n（Mn）}{n（Cu）}$約為2.0時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成二甲醚的最多，
故答案為：2.0；
（6）由質(zhì)子交換膜中氫離子移動(dòng)方向可知，a為負(fù)極，b為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極失去電子生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡產(chǎn)生、化學(xué)平衡圖象、蓋斯定律應(yīng)用、原電池等，題目涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，（6）中注意根據(jù)示意圖判斷有氫離子生成，題目難中等．