Question

7．二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被稱(chēng)為21世紀(jì)的新型燃料．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業(yè)流程如下：

請(qǐng)?zhí)羁眨?br />（1）在一定條件下，反應(yīng)室1中發(fā)生反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0．將1.0molCH₄和2.0molH₂O通人反應(yīng)室1（假設(shè)容積為10L），10min末有0.1molCO生成，則10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（H₂）=0.003mol/（L．min）．該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式：K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知：CH₃OCH₃ （g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323KJ/mol；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484KJ/mol；
CO的燃燒熱：283KJ/mol．
在一定條件下，反應(yīng)室2的可逆反應(yīng)除生成二甲醚外還生成了氣態(tài)水，該熱化學(xué)方程式為2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-211kJ/mol．（本題涉及的條件均在同一條件下）
（3）綠色電源“二甲醚-氧氣燃料電池”的工作原理如圖1所示，寫(xiě)出X電極的電極反應(yīng)式（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺
（4）反應(yīng)室3中在催化劑作用下發(fā)生如下反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．對(duì)此反應(yīng)進(jìn)行如下研究：
①在容積為1L的密閉容器中分別充入1molCO和2molH₂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示．

則：該正反應(yīng)的△H＜0（填“＜”、“＞”或“=“）．
②在容積均為1L的a、b、c三個(gè)相同密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T(mén)₁、T₂、T₃，在其他條件相同情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)均進(jìn)行到5min時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)如圖3所示．下列說(shuō)法正確的是BD
A．a(chǎn)、b、c三容器5min時(shí)的正反應(yīng)速率大小為：b＞a＞c
B．達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c中CO轉(zhuǎn)化率為a＞b＞c
C．5min時(shí)，a、b、c三容器中的反應(yīng)均可能達(dá)到平衡狀態(tài)．
D．將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài)，可采取的措施有升溫或減壓．

Answer 1

分析 （1）10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$，v（H₂）=3v（CO）；該反應(yīng)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（2）CH₃OCH₃ （g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323KJ/mol①；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484KJ/mol②；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）H=-283KJ/mol③，
將方程式2②+2③-①得2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（3）根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，X是負(fù)極、Y是正極，該原電池是燃料電池，則X電極上二甲醚失電子發(fā)生氧化反應(yīng)、Y電極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，X電極上二甲醚失電子生成二氧化碳和氫離子；
（4）①升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，根據(jù)甲醇的物質(zhì)的量多少判斷焓變；
②A．溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快；
B．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；
C．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，溫度由T₁到T₂平衡正向移動(dòng)，由T₂到T₃平衡逆向移動(dòng)；
D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；反應(yīng)后氣體體積小于反應(yīng)前，減小壓強(qiáng)．平衡逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）10min內(nèi)反應(yīng)的平均速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{10L}}{10min}$=0.001mol/（L．min），v（H₂）=3v（CO）=0.003mol/（L．min）；該反應(yīng)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，所以該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：0.003mol/（L．min）；K=$\frac{c（CO）．{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）．c（{H}_{2}O）}$；
（2）CH₃OCH₃ （g）+3O₂（g）=2 CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1323KJ/mol①；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484KJ/mol ②；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）H=-283KJ/mol③，
將方程式2②+2③-①得2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），△H=2×（-484kJ/mol）+2×（-283kJ/mol）-（-1323kJ/mol）=-211kJ/mol，
故答案為：2CO（g）+4H₂（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-211kJ/mol；
（3）根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，X是負(fù)極、Y是正極，該原電池是燃料電池，則X電極上二甲醚失電子發(fā)生氧化反應(yīng)、Y電極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，X電極上二甲醚失電子生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（4）①升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，根據(jù)圖知，升高溫度甲醇體積分?jǐn)?shù)降低，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變小于0，故答案為：＜；
②A．溫度越高化學(xué)反應(yīng)速率越快，溫度T₁＜T₂＜T₃，所以反應(yīng)速率a＜b＜c，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，溫度T₁＜T₂＜T₃，所以CO轉(zhuǎn)化率a＞b＞c，故B正確；
C．該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，溫度由T₁到T₂平衡正向移動(dòng)，由T₂到T₃平衡逆向移動(dòng)，所以a未達(dá)到平衡狀態(tài)，b可能達(dá)到平衡狀態(tài)，c達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；反應(yīng)后氣體體積小于反應(yīng)前，減小壓強(qiáng)．平衡逆向移動(dòng)，故將容器b中的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到容器c中的平衡狀態(tài)，可采取的措施有升溫或減壓，故D正確，
故答案為：BD．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、原電池原理等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生圖象分析判斷及計(jì)算能力，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)及（4）圖象分析，易錯(cuò)點(diǎn)是（4）②中C平衡點(diǎn)判斷，題目難度中等．