Question

（14分）甲醇、二甲醚等被稱(chēng)為綠色能源，工業(yè)上利用天然氣為主要原料與二氧化碳、水蒸氣在一定條件下制備合成氣（CO、H2），再制成甲醇、二甲醚（CH3OCH3）。

（1）已知1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為32kJ，請(qǐng)寫(xiě)出二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式____________________________________________________________________。

（2）寫(xiě)出二甲醚堿性燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式 __________________________________。

（3）用合成氣制備二甲醚的反應(yīng)原理為：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)。已知一定條件下，該反應(yīng)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、投料比[n(H2) / n(CO)]的變化曲線(xiàn)如下左圖：

①a、b、c按從大到小的順序排序?yàn)開(kāi)________________，該反應(yīng)的△H_______0（填“＞”、“＜”）。

②某溫度下，將2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，改變壓強(qiáng)和溫度，平衡體系中CH3OCH3(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)變化情況如上圖所示，關(guān)于溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系判斷正確的是 ；

A. P3＞P2，T3＞T2 B. P1＞P3，T1＞T3 C. P2＞P4，T4＞T2 D. P1＞P4，T2＞T3

③在恒容密閉容器里按體積比為1:2充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)改變反應(yīng)的某一個(gè)條件后，下列變化能說(shuō)明平衡一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)的是 ；

A. 正反應(yīng)速率先增大后減小 B. 逆反應(yīng)速率先增大后減小

C. 化學(xué)平衡常數(shù)K值減小 D. 氫氣的轉(zhuǎn)化率減小

④ 某溫度下，將4.0molCO和8.0molH2充入容積為2L的密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得二甲醚的體積分?jǐn)?shù)為25%，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝__________。

 

Answer 1

（1）CH3OCH3(g) + 3O2(g)＝2CO2(g) + 3H2O(l) △H＝-1472kJ/mol

（2）CH3OCH3 -12e- + 16OH-＝2CO32- + 11H2O

（3）①a＞b＞c；＜ ②B、D ③B、C ④ 2.25

【解析】

試題分析：（1）1g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為32kJ，則1mol二甲醚即46g二甲醚完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為46×32kJ＝1472kJ，因此二甲醚燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OCH3(g) + 3O2(g)＝2CO2(g) + 3H2O(l) △H＝-1472kJ/mol。

（2）原電池中負(fù)極失去電子，因此二甲醚在負(fù)極通入，發(fā)生氧化反應(yīng)。若電解質(zhì)顯堿性，則二甲醚的氧化產(chǎn)物最終變?yōu)樘妓猁}，因此二甲醚堿性燃料電池的負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OCH3 -12e- + 16OH-＝2CO32- + 11H2O。

（3）①氫氣和CO均是反應(yīng)物，因此投料比[n(H2) / n(CO)]越大，CO的轉(zhuǎn)化率越大，所以根據(jù)圖像可知a＞b＞c；同樣根據(jù)圖像可知升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低，這說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，因此正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0。

②根據(jù)圖像可以看出，對(duì)于反應(yīng)：2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g) △H＜0，壓強(qiáng)越大，二甲醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)則越大，溫度越高，二甲醚的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越小，所以P1＞P3、T1＞T3，P1＞P4、T2＞T3，故答案為：BD；

③化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相等，當(dāng)逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)是逆向進(jìn)行的。A、正反應(yīng)速率先增大后減小，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A不正確；B、逆反應(yīng)速率先增大后減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，B正確；C、化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，因此化學(xué)平衡常數(shù)K值減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，C正確；D、氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，無(wú)法判斷平衡移動(dòng)方向，D不正確，故答案為：BC；

④根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式可知，

2CO(g) + 4H2(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)

起始濃度（mol/L） 2 4 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 2x 4x x x

平衡濃度（mol/L）2－2x 4－4x x x

反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得二甲醚的體積分?jǐn)?shù)為25%

則＝0.25

解得x＝0.75

所以該溫度下平衡常數(shù)K＝＝2.25

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)、外界條件對(duì)反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響以及平衡常數(shù)的計(jì)算