Question

二甲醚（CH₃OCH₃）具有優(yōu)良的燃燒性能，被稱為21世紀(jì)的“清潔能源”．一步法合成二甲醚是以合成氣（CO/H₂）為原料，在一定溫度、壓強(qiáng)和催化劑作用下進(jìn)行，反應(yīng)器中發(fā)生了下列反應(yīng)：
①CO（g）+2H₂（g ）?CH₃OH（g）；△H₁=90.7  kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）；△H₂=23.5  kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O?（g）CO₂（g）+H₂（g）；△H₃=41.2  kJ?mol^-1
（1）-步法合成二甲醚的總反應(yīng)可表示為3CO（g）+3H₂（g）CH₃OCH₃（g）+CO₂（g），該反應(yīng)的AH=

-246.1kJ/mol

．平衡常數(shù)表達(dá)式為

K=

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

．
（2）另一種合成二甲醚的方法稱為“二步法”，該工藝為讓反應(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，而“一步法”的反應(yīng)③的發(fā)生提高了CH₃OCH₃的產(chǎn)率，原因是

反應(yīng)③消耗了反應(yīng)②中的水，使得②的平衡正向移動(dòng)，從而提高了甲醚的產(chǎn)率

．
（3）由CO₂加氫直接合成二甲醚可以消除過度CO₂排放對(duì)環(huán)境的影響．當(dāng)在合成反應(yīng)器中加入碳?xì)浔萚n（CO₂）/n（H₂）]為1：3的混合氣體，在一定條件下反應(yīng)得到二甲醚和水蒸氣，實(shí)現(xiàn)了CO₂的減排目的．該反應(yīng)的反應(yīng)方程式為

2CO₂+6H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+3H₂O

；  判斷該反應(yīng)在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中下列不能作為達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

A

A．容器的密度不變
B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
C，平均摩爾質(zhì)量保持不變
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚
（4）以二甲醚為燃料的燃料電池工作原理如圖所示：則正極為

B

（填A(yù)極或B極），寫出A電極反應(yīng)式

CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H₊

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，根據(jù)平衡常數(shù)概念寫出計(jì)算表達(dá)式，平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）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)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）當(dāng)在合成反應(yīng)器中加入碳?xì)浔萚n（CO₂）/n（H₂）]為1：3的混合氣體，在二定條件下反應(yīng)得到二甲醚和水蒸氣，依據(jù)原子守恒寫出化學(xué)方程式；化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變，分析選項(xiàng)判斷；
（4）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電．由圖可知，A極為負(fù)極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子．

解答：解：（1）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，
平衡常數(shù)指產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，所以k=

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

，
故答案為：-246.1KJ?mol^-1；

c(CH3OCH3)?c(CO2)

c3(CO)?c3(H2)

；
（2）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)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高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)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，從而提高CH₃OCH₃的產(chǎn)率；
（3）當(dāng)在合成反應(yīng)器中加入碳?xì)浔萚n（CO₂）/n（H₂）]為1：3的混合氣體，在二定條件下反應(yīng)得到二甲醚和水蒸氣，實(shí)現(xiàn)了CO₂的減排目的．該反應(yīng)的反應(yīng)方程式為：2CO₂+6H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+3H₂O，在一定溫度下，體積恒定的密閉容器中下列不能作為達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是：
A．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量守恒，體積固定，所以過程中密度不變，容器的密度不變不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體體積變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變說明反應(yīng)大平衡，故B正確；
C，氣體在數(shù)和，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，平均摩爾質(zhì)量保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗2mol CO₂，同時(shí)消耗1mol二甲醚證明反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故答案為：2CO₂+6H₂

一定條件  .

CH₃OCH₃+3H₂O；A；
（4）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電．由圖可知，A極為負(fù)極，B為正極，二甲醚放電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：B；CH₃OCH₃+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，平衡常數(shù)計(jì)算，影響平衡的因素分析判斷，原電池原理的分析應(yīng)用，題目難中等．