Question

二甲醚（CH₃OCH₃）可作為潔凈的液體化石燃料，以CO和H₂為原料生產(chǎn)二甲醚的一種工藝主要發(fā)生以下三個反應(yīng)：

編號	熱化學(xué)方程式	化學(xué)平衡常數(shù)
①	CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-91kJ?mol-1	K1
②	2CH3OH（g）?CH2OCH3（g）+H2O（g）△H1=-24kJ?mol-1	K2
③	CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H1=-4kJ?mol-1	K3

請回答下列問題：
（1）新工藝的總反應(yīng)為：3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H，該反應(yīng)的△H=

 

，化學(xué)平衡常數(shù)K=

 

（用含K₁、K₂、K₃的代數(shù)式表示）．
（2）下列措施中，能提高新工藝中CH₃OCH₃產(chǎn)率的有

 

．
A．使用過量的CO    B．升高溫度    C．增大壓強(qiáng)    D．通入水蒸氣   E．改用高效催化劑
（3）原工藝中反應(yīng)①和反應(yīng)②分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，無反應(yīng)③發(fā)生．新工藝中③的發(fā)生提高了CH₃OCH₃的產(chǎn)率，原因是

 

．
（4）如圖是二甲醚質(zhì)子交換膜型燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，Y極的電極反應(yīng)式為

 

，Y極每消耗1mol 二甲醚，X極至少消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下

 

L空氣中的氧氣（設(shè)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為20%）．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計算△H；已知①CO（g）+H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-91kJ?mol^-1；②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O△H₂=-24kJ?mol^-1；③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1，利用蓋斯定律，反應(yīng)①×2+②+③，可得3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），總平衡常數(shù)等于分方程的平衡常數(shù)之積；
（2）根據(jù)3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）為氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng)，根據(jù)化學(xué)平衡原理來分析；
（3）根據(jù)反應(yīng)③能消耗反應(yīng)②中的產(chǎn)物水，從而使反應(yīng)②的平衡右移來分析；
（4）酸性電解質(zhì)溶液中二甲醚在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳；根據(jù)正負(fù)極得失電子可知1mol二甲醚消耗3mol氧氣，而氧氣在空氣中占

1

5

來計算空氣的體積．

解答： 解：（1）已知①CO（g）+H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-91kJ?mol^-1；②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O△H₂=-24kJ?mol^-1；③CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41kJ?mol^-1，利用蓋斯定律，反應(yīng)①×2+②+③，
可得到，3CO（g）+3H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=（-91kJ?mol^-1）×2+（-24kJ?mol^-1）+（-41kJ?mol^-1）=-247kJ?mol^-1，
則總方程的平衡常數(shù)等于分方程的平衡常數(shù)之積，即K=K₁²?K₂?K₃，
故答案為：-247kJ?mol^-1； K₁²?K₂?K₃．
（2）A、使用過量的CO，平衡右移，故可以提高新工藝中CH₃OCH₃產(chǎn)率，故A選；   
B、此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡左移，CH₃OCH₃產(chǎn)率降低，故B不選；
C、此反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，故增大壓強(qiáng)平衡右移，CH₃OCH₃產(chǎn)率升高，故C選； 
D．水蒸氣對于此反應(yīng)是惰性氣體，對平衡無影響，故對CH₃OCH₃產(chǎn)率無影響，故D不選；
E、使用催化劑只能加快反應(yīng)速率，不能使平衡移動，故改用高效催化劑不能改變CH₃OCH₃產(chǎn)率，故E不選．
故選AC；
（3）新工藝中③的發(fā)生提高了CH₃OCH₃的產(chǎn)率，是因反應(yīng)③能消耗反應(yīng)②中的產(chǎn)物水，從而使反應(yīng)②的平衡右移，故能提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率，
故答案為：反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的產(chǎn)物H₂O，使反應(yīng)②的化學(xué)平衡向正反方應(yīng)向移動，從而提高了CH₃OCH₃的產(chǎn)率；
（4）以酸性溶液為電解質(zhì)溶液，二甲醚從一個電極通入，O₂從另一電極通入，中間為質(zhì)子交換膜，通入甲醇的一極電極反應(yīng)式為CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
根據(jù)正負(fù)極得失電子可知1mol二甲醚消耗3mol氧氣，而由于氧氣在空氣中占

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，故所需的空氣的物質(zhì)的量為15mol，在標(biāo)況下的體積為15mol×22.4L/mol=336L，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；336．

點評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算應(yīng)用，原電池原理應(yīng)用，電極反應(yīng)書寫方法，題目難度中等．