Question

20．二甲醚是一種重要的清潔燃料，工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（水煤氣）合成二甲醚．利用水煤氣合成二甲醚的熱化學(xué)方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ•mol^-1
（1）該反應(yīng)在一定條件下的密閉容器中達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和二甲醚的產(chǎn)率，可以采取的措施是cd（填字母代號(hào)）．
a．降低溫度   b．加入催化劑  c．縮小容器體積   d．增加H₂的濃度   e．分離出二甲醚
（2）該反應(yīng)可以分兩步進(jìn)行：
4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）△H₂=-42kJ•mol^-1②
則反應(yīng)①的焓變△H₁=-232kJ•mol^-1，熵變△S＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）二甲醚也可以通過(guò)CH₃OH分子間脫水制得：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₃=-23.5kJ•mol^-1．在T₁℃，恒容密閉容器中建立上述平衡，體系中各組分濃度隨時(shí)間變化如圖所示．
①該條件下反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$．
②相同條件下，若改變起始濃度，某時(shí)刻各組分濃度依次為：c（ CH₃OH）=0.4mol•L^-1、c（H₂O）=0.6mol•L^-1、c（CH₃OCH₃）=1.2mol•L^-1，此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐_正＞v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）二甲醚、空氣可組成一種高效的燃料電池，在氫氧化鉀溶液中電池反應(yīng)方程式為：CH₃OCH₃（l）+3O₂（g）+4KOH（aq）═2K₂CO₃（aq）+5H₂O（l），寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-?2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ•mol^-1，反應(yīng)特點(diǎn)為放熱反應(yīng)，氣體系數(shù)減小的反應(yīng)，依據(jù)影響反應(yīng)速率因素，影響化學(xué)平衡移動(dòng)因素判斷解答；
（2）4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）△H₂=-42kJ•mol^-1②
①+②得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ•mol^-1，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
依據(jù)反應(yīng)前后氣體系數(shù)和判斷熵變；
（3）①化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積比值；
②依據(jù)t1時(shí)各物質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)濃度計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)，然后計(jì)算濃度商Qc，依據(jù)Qc與K大小判斷反應(yīng)進(jìn)行方向，判斷反應(yīng)速率大��；
（4）二甲醚-空氣燃料電池中負(fù)極上二甲醚失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成碳酸根離子．

解答 解：（1）a．降低溫度，反應(yīng)速率減慢，故a不選；
  b．加入催化劑不能使平衡移動(dòng)，故b不選；
 c．縮小容器體積相當(dāng)于加壓，反應(yīng)物，生成物濃度增大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，二甲醚的產(chǎn)率提高，故c選；
 d．增加H₂的濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，二甲醚的產(chǎn)率提高，故d選；
 e．分離出二甲醚，反應(yīng)速率降低，故e選；
故選：cd；
（2）4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₁①
CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）△H₂=-42kJ•mol^-1②
①+②得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-274kJ•mol^-1，依據(jù)蓋斯定律得△H₁=△H₃-△H₂=（-274KJ/mol）-（-42KJ/mol）=-232KJ/mol；
依據(jù)方程式：4H₂（g）+2CO（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），該反應(yīng)為氣體系數(shù)和減小的反應(yīng)，所以其熵變小于0，
故答案為：-232；＞；
（3）①2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；
故答案為：=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；
②在T₁℃，恒容密閉容器中建立上述平衡，c（ CH₃OH）=0.4mol•L^-1、c（H₂O）=0.8mol•L^-1、c（CH₃OCH₃）=1mol•L^-1，則K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=
$\frac{1×0.8}{0.4×0.4}$=5；
某時(shí)刻各組分濃度依次為：c（ CH₃OH）=0.4mol•L^-1、c（H₂O）=0.6mol•L^-1、c（CH₃OCH₃）=1.2mol•L^-1，則：Qc=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{1.2×0.6}{0.4×0.4}$=4.5，
則Qc＜K，平衡向正向移動(dòng)，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$；＞；
（4）二甲醚-空氣燃料電池中負(fù)極上二甲醚失電子生成碳酸根離子，反應(yīng)的電極方程式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的分析應(yīng)用，化學(xué)平衡的有關(guān)知識(shí)和化學(xué)計(jì)算，電極反應(yīng)式的書寫，明確蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的方法，明確化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用是解題關(guān)鍵，本題難度中等．