Question

2．能源是制約國家發(fā)展進程的因素之一．甲醇、二甲醚等被稱為2 1世紀的綠色能源，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．
（1）工業(yè)上，可以分離合成氣中的氫氣，用于合成氨，常用醋酸二氨合亞銅  AC溶液（AC=CH₃COO^-）來吸收合成氣中的一氧化碳，其反應原理為：[Cu（NH₃）₂]AC（aq）+CO（g）+N₃（g）?[Cu（NH₃）₃]AC•CO（aq）△H＜0
常壓下，將吸收一氧化碳的溶液處理重新獲得 AC溶液的措施是加熱；
（2）天然氣的一個重要用途是制取H₂，其原理為：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）．在密閉容器中通入物質(zhì)的量濃度均為0.1mol•L^-1的CH₄與CO₂，在一定條件下發(fā)生反應，測得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強的關系如圖1所示，則壓強P₁小于P₂（填“大于”或“小于”）；壓強為P₂時，在Y點：v（正）大于v（逆）（填“大于”、“小于”或“等于”）． 求Y點對應溫度下的該反應的平衡常數(shù)K=1.6．（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）CO可以合成二甲醚，二甲醚可以作為燃料電池的原料，化學反應原理為：CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H＜0
①在恒容密閉容器里按體積比為1：4充入一氧化碳和氫氣，一定條件下反應達到平衡狀態(tài)．當改變反應的某一個條件后，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是B、D；
A．逆反應速率先增大后減小 
C．反應物的體積百分含量減小
B．正反應速率先增大后減小
D．化學平衡常數(shù)K值增大
②寫出二甲醚堿性燃料電池的負極電極反應式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
③二甲醚燃料電池工作時，若以1.12L•min^-l（標況）的速率向該電池中通入二甲醚，用該電池電解50mL 2mol•L^-1 CuSO₄溶液，通電0.50min后，計算理論上可析出金屬銅的質(zhì)量為6.4g
（4）已知l g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為31.63kJ，請寫出表示二甲醚燃燒熱的熱化學方程式CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1454.98 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應[Cu（NH₃）₂]AC（aq）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]AC•CO（aq）△H＜0為放熱反應及溫度對化學平衡的影響進行解答；
（2）反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）是個氣體體積增大的反應，根據(jù)壓強對化學平衡的影響作答，由圖知道該溫度下Y所處條件下平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率列三段式，帶入化學平衡常數(shù)計算可得；
（3）①根據(jù)影響化學平衡的因素進行判斷；
②原電池負極發(fā)生氧化反應，二甲醚在堿性條件下失去電子生成碳酸根離子和水，據(jù)此寫出電極反應；
③依據(jù)二甲醚通入的量計算物質(zhì)的量，結(jié)合電子守恒計算析出銅的質(zhì)量；
（4）已知l g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量，計算1mol二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量可得燃燒熱的熱化學方程式．

解答 解：（1）[Cu（NH₃）₂]AC（aq）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]AC•CO（aq）△H＜0，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向著逆向移動，可以將吸收一氧化碳的溶液處理重新獲得[Cu（NH₃）₂]AC；
故答案為：加熱；
（2）反應CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）是個氣體體積增大的反應，壓強越大，CH₄的轉(zhuǎn)化率越小，由圖可知相同溫度下，P₁條件下的轉(zhuǎn)化率大于P₂，則P₁小于P₂；壓強為P₂時，在Y點反應未達到平衡，則反應正向移動，所以v（正）＞v（逆）；
由圖知道該溫度下Y所處條件下平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，列三段式：
      CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g）
c始：0.1        0.1             0             0
c轉(zhuǎn)：0.08       0.08          0.16        0.16
c平：0.02       0.02          0.16        0.16，
其平衡常數(shù)K=$\frac{0.1{6}^{2}×0.1{6}^{2}}{0.02×0.02}$=1.6；
故答案為：小于；大于；  1.6；
（3）①A．逆反應速率先增大后減小，可以升高溫度，正逆反應速率都增大，平衡向著逆向移動，滿足了逆反應速率先增大后逐漸減小，故A錯誤；
B．正反應速率先增大后減小，說明是增大了壓強或增加反應物濃度，無論改變說明條件，平衡一定向著正向移動，故B正確；
C．反應物的體積百分含量減小，如減少反應物濃度，平衡會向著逆向移動，故C錯誤；
D．化學平衡常數(shù)K值增大，說明生成物的濃度增大，反應物的濃度減小，平衡一定向著正向移動，故D正確；
故答案為：BD；
②二甲醚在堿性燃料電池的負極失去電子生成碳酸根離子和水，電極反應為CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O；
 ③以1.12L•min^-l（標況）的速率向該電池中通入二甲醚，用該電池電解50mL 2mol•L^-1 CuSO₄溶液，通電0.50min后，通入二甲醚物質(zhì)的量1.12L•min^-l×0.5min×22.4L/mol═0.025mol；依據(jù)電極反應電子守恒，CH₃OCH₃--12e^---6Cu²⁺，則n（Cu²⁺）=0.025mol×6=0.15mol，但溶液中的n（Cu²⁺）只有0.05mL×2mol•L^-1=0.1mol，說明銅離子完全參與放電，溶液中水也參與放電，則銅離子全部析出，金屬銅的質(zhì)量為0.1mol×
64g/mol=6.4g；
故答案為：6.4g；
（4）l g二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為31.63kJ，則l mol二甲醚氣體完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出的熱量為46g×31.63kJ=1454.98 kJ，則二甲醚燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1454.98 kJ/mol；
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1454.98 kJ/mol．

點評 本題考查了化學平衡的調(diào)控作用、化學平衡的影響因素、原電池工作原理及電極反應的書寫、化學平衡常數(shù)的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷等知識，題目難度較大，考查的知識點較大，充分考查了學生對化學平衡、原電池工作原理等知識的掌握情況，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學計算能力．